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基于对卷绕变形机理的深入分析,插片辅助工艺被证实为改善方形卷绕电芯成型质量的有效技术路径。该工艺的核心思路是在卷绕过程中,于卷芯内层及 R 角位置预留均匀的应力释放间隙,从而在卷绕源头抵消形变应力,避免应力在后续工序及充放电循环中集中释放所引发的结构失稳。
插片工艺的运行控制由卷绕机 PLC 程序精准调控气缸启停、进退行程与动作时序,在卷绕定型的关键节点自动完成插片的插入与退出。插片采用食品级 304 不锈钢材质,兼具耐磨不变形与无金属碎屑掉落的特性,可有效杜绝电芯内部异物风险。在安装标准方面,插片须精准布置于卷针下方方为合格状态;若置于卷芯上方则属不合格,极易压伤极片并扰乱层间排布。在时机选择上,插片插入通常安排在卷绕收尾阶段 —— 这一节点既能确保插片在卷芯内部形成有效间隙,又不致干扰前期卷绕的层间密实度。插片退出后,其所占据的空间即为电芯预留的应力释放通道;在后续热压、注液、化成等工序中,该通道可吸收电芯内部产生的形变量,从而有效抑制材料在加工及使用过程中的变形。
从力学机制来看,插片工艺的作用体现在多个层面。其一,通过在两极片之间及隔膜层间构建微米级的可控间隙,为极片在充放电过程中的膨胀收缩提供形变余量,避免因刚性约束导致的应力集中与局部破坏。其二,该间隙结构有助于电解液在卷芯内部的均匀浸润与流通,保障锂离子在充放电过程中的迁移通道畅通,从而降低浓差极化与局部析锂风险。其三,预留的应力释放空间可有效缓冲卷绕后残余张力及后工序热压所产生的内应力,大幅降低电芯在后续循环过程中发生 S 形变形、拐角开裂等失效模式的概率。
插片工艺在全系列方形铝壳及软包卷绕电芯中均具有良好的适用性,尤其在高倍率充放电、厚极片设计及长循环寿命要求的储能与动力电芯研发验证领域效果更为显著。该工艺能够有效改善极片层间滑移、R 角转角间隙不足等成型缺陷,同步降低电芯析锂、自放电异常等不良发生率,对于提升电芯研发阶段的循环稳定性与样品制备良率具有重要意义。
武汉格瑞斯新能源有限公司在实验室级方形卷绕电芯制备工艺与设备适配领域持续深耕,将插片技术深度集成于其实验用卷绕设备方案之中。