高精密超薄材料沖切模具技術賦能疊片電池“起量”
2023-06-12
426820文章來源自：高工鋰電網
近兩年，疊片工藝滲透率不斷提升，帶動長薄型方形疊片電池成為市場主流。
頭部動力電池企業中，比亞迪（刀片）、蜂巢能源（短刀）、中創新航（One-stop Bettery和全極耳疊片電池）、瑞浦蘭鈞（CB500長電芯）、欣旺達（超充電池
SFC48），其產品都采用疊片工藝。
與此同時，隨著儲能電芯容量不斷向280Ah、以及300Ah以上進發，儲能市場已經成為繼軟包動力電池之后，疊片電池出貨的新增長極。
截至2022年底，280Ah的大容量方形電池在電力儲能領域的滲透率已達80%。從制造
端看，對于大電芯而言，疊片工藝有利于電芯內部空間利用更充分，能量密度更高，安全性更好，循環壽命更長，與其生產工藝的匹配度更高。
此前，囿于生產效率低與投入成本高，疊片路線在鋰電制造環節滲透緩慢。而隨著新一批疊片設備工藝進展不斷躍階，桎梏消失的疊片電池正在快速起量，也為供應鏈相關企業帶來巨大的市場空間。
疊片工藝對極片模切提出高要求
在核心工序段，疊片與卷繞的差別主要在于模切和極組成型環節。
在模切方式上，傳統卷繞采用雙邊模切，模切極耳間距不等，沖切位置有Mark孔進行定位；而疊片采用單邊模切，極耳間距相同，會進行等間距切斷。卷繞雙邊模切完成后分切收卷，以卷料形式流向極組成型工序，疊片模切后以片狀物料流向極組成型工序。
相比于僅需一次切段的卷繞電池極片，疊片電池切段的極片數量多，工藝難度大。如一致性保持不佳，則容易產生毛刺和粉塵問題，不僅會降低電池的能量密度，還可能擊穿隔膜，導致電池自放電或電池內部短路問題，影響電池安全性。
因此疊片工藝對極片精度與平整度的容錯率極低。高質量的極片沖切，對新一代動力電池降本增效及提升良品率至關重要。
目前，疊片電池的極片裁切主要采用模具沖切和激光切割兩種方式。模具沖切是采用五金刀切斷極片，沖切效率高，且技術成熟，是目前主流的疊片結構極片裁切方式。
由于五金模具是利用沖頭和下刀模極小的間隙對極片進行裁切，上下刀的間隙、壓料板和沖頭的間隙、壓料板壓力的大小、壓料板平面度等都是造成毛刺與粉塵的主要因素。
行業認為，為了解決毛刺與粉塵問題，既要優化現有模具結構，也要改善模具材料、完成高度精細的模具制造和裝配過程。
由于沖壓模具工作時要承受沖擊、振動、摩擦、高壓和拉伸、彎扭等負荷，工作條件復雜，易發生磨損、疲勞、斷裂、變形等現象。極片沖切模具對零件材料的要求遠比普通零件高。
此外，模具加工涵蓋模座加工、模板加工、刀口加工等，涉及到CNC粗加工、硬陽處理加工、熱處理加工、放電加工、線切割、JG坐標磨床加工等多個環節，對加工過程的技術及經驗要求極高。
日信高科超薄材料沖切模具技術賦能疊片產線
高工鋰電獲悉，廣東日信高精密科技有限公司(以下簡稱"日信高科")自2014年成立以來專注深耕于鋰電池極片沖切領域，通過自主研發新型模具與引入國際頂尖設備，擁有超薄材料沖切模具核心技術，賦能鋰電池極片安全高效生產。超薄材料的沖切對模具沖裁間隙要求非常高，因此對模具在設計、加工、檢測、裝配調試各環節要求都很嚴苛。
對此，日信高科引進了日本西部、沙迪克、牧野等國際最高端品牌的慢走絲線切割和油割機，購入日本牧野立式加工中心、日本三井磨床、瑞士豪澤坐標磨等上百臺高精密加工設備，可用于模具零件高精度線切割放電加工、高精密零件圓孔以及輪廓形狀加工、及鉆削、銑削等多種加工工藝。
產品檢測方面，則配備了德國蔡司的三坐標測量機、日本基恩士顯微鏡等一批高精密檢測設備，可檢測極片裁切面的平整度、毛刺大小，并對零件實現高精度要求的3D測量。
正常的沖裁間隙是材料厚度的5%，即厚度為0.1mm的材料，模具沖裁間隙為0.005mm。
鋰電池極片集流體正極是厚度約0.015的鋁箔，負極是厚度約0.006的銅箔，根據沖切模具間隙的取值標準，鋰電池極片正極沖切模具的沖裁間隙取值在0.0007mm左右，負極沖切模具的沖裁間隙在0.0003mm左右。
日信高科模具產品綜合精度可達±0.001mm，面粗度Ra0.05um。沖壓毛刺最小可達0.006mm，沖速240次每分鐘，刀口總壽命不低于1000萬次，單次研磨后沖壓壽命不低于100萬次。
高精密裁切刀具方面，切刀交付量超過10萬件，每月產能2000件。刃口缺口尺寸已實現：寬度f 0.003~0.015mm / 深度e 0.003~0.01mm / 1500mm長度 < 5處。
截止2022年，日信高科已經積累了超2萬套高精密鋰電池極片沖切模具交付經驗，被中國質量認證中心認定為模具企業先進制造能力等級中的沖模（II類）。
進入新能源賽道的近十年間，日信高科逐漸積累了比亞迪、LG、瑞浦蘭鈞、孚能科技、冠宇動力、中創新航、格林晟、利元亨等一線客戶資源。
底層技術研發上，公司與華南區域唯一的國家級模具質檢中心建立了長期的戰略合作，與頂尖的教授博士小組共同進行自主模具研發，持續針對最新的電池材料及結構體系進行模具迭代。
當前，在國內鋰電池極片裁切模具細分領域，公司的市場占有率已達到40%左右。面對2023年鋰電產業鏈的新變局，日信高科通過降本增效，擴充產品矩陣、與核心客戶進行戰略合作、加快出海等舉措，積極應對行業新周期。
成本管控上，公司通過優化產品設計、改進生產工藝、提高產品良率、人員精細化管理等，進一步降低運營成本。
產品開發上，為了向設備及電池客戶提供整體解決方案，提高客戶黏性，日信高科聚焦鋰電池極片制造前段工序，不斷開發涂布模頭、輥壓機軋輥等新產品，為涂布機、輥壓機、分條機、模切機等設備提供關鍵零部件。
出海進程上，日信高科在韓國天安市成立了海外駐點，對LG新能源、三星等韓國客戶提供現場服務，為公司拓寬海外市場打下堅實基礎。
根據行業預測，到2027年全球采用疊片工藝的電池產能將達到845GWh。
風口之下，日信高科的高精密模具產品憑借技術領先性與市場優越性，將持續獲益于疊片技術路線的發展紅利。
“世界模具看中國，中國模具看長安”。作為從東莞長安鎮的傳統五金模具行業起家、向自動化、國際化、高端化方向成功轉型的精密模具代表企業，日信高科不斷研發精密模具尖端技術，精準抓住新能源電池產業鏈發展的大潮，建立競爭護城河。
