曼恩斯特4680电芯“应战”46大圆柱电池极片高一致性要求

 

摘要

4680电芯对于一致性是从PPM升级到PPB级，CPK达到2.0以上，因此要求浆料均匀性更高，涂布的面密度检测精度、检率要更高。

46大圆柱的产业化进程明显提速。

2023年10月，特斯拉德克萨斯州超级工厂第2000万颗4680电芯下线，标志着特斯拉4680电池进入产能放大期。

截至11月初，亿纬锂能圆柱磷酸铁锂电池已取得的未来5年客户意向性需求合计约88GWh，三元大圆柱电池已取得未来5年客户意向性需求合计约486GWh。

同时，包括宁德时代、中创新航、远景动力、兰钧新能源、蜂巢能源、国轩高科、创明新能源、比克电池等都在大圆柱技术上获得了实质性进展。

从当前技术路线来看，电极制造分为湿法电极制造与干法电极制造两种路线，干法电极受制于生产设备及工艺、有机材料匹配等，产业化仍然有很长一段路要走，且干法负极极片先于干法正极。目前制造工艺仍以湿法路线为主流。

不同于传统的湿法电极制造，46大圆柱对于极片制造提出了更大的挑战。

“4680电芯在采用无极耳、硅碳负极等新材料与新技术下，能量提升5倍，输出功率提升6倍，对前段设备也提出了更高的要求。”曼恩斯特研究院负责人在2023高工锂电年会大圆柱电池产业化技术沙龙上表示。

 

曼恩斯特研究院负责人指出，4680电芯对于一致性是从PPM升级到PPB级，CPK达到2.0以上，因此浆料均匀性更高，涂布的面密度检测精度、检率要更高。另外A/B面对位要求要达到0.3mm以内，极片削薄区需要控制在3mm以内，为了降低电池的自放电，生产过程去金属化也是必要的手段。

围绕于此，曼恩斯特推出的高效制浆系统、超声波检测技术相关产品、多进料口模头、全陶瓷化涂布模头、高精度的自动调节涂布模头等拳头产品，有效满足4680电芯的制造需求。

在制浆环节，曼恩斯特推出的高效制浆系统高度集成化、制浆连续化，能通过自动化和智能化的控制实现一键制浆，且采用陶瓷双螺杆高速分散，以提升制浆的效率和品质。

相比传统制浆设备，曼恩斯特高效制浆系统功率节能降低30%-50%，人工减少50%，配料系统环境管控成本可减少40%，占地面积减少35%。值得一提的是，双螺杆制浆可满足浆料达到更高固含量的要求，更适配干法电极电池生产。

同时，在浆料的输送使用阶段，曼恩斯特摒弃了传统的管道输浆，采用智能调度，智能调度方式。在此系统下，可形成粉料的使用、浆料的输送，以及涂布模头和极片的数据关联，实现产品过程的清晰追溯。

在涂布模头环节，曼恩斯特研究院负责人表示，对于极片面密度均一性控制，4680电池极片一般采用多幅条纹涂布工艺，均一性控制难度高。曼恩斯特从模头设计出发，开发了多进料口模头，使湿膜厚度一致性显著改善。目前公司在单层&双层全自动模头均有成熟的产品和方案。

曼恩斯特创新推出的全自动闭环涂布系统，在精细化调节方面，执行机构的调节间距从12.5mm到45mm均有选择，可以满足各类精细化多样化的需求。

为进一步满足4680电池对于极片面密度一致性提升以及容量及容量一致性提升的需求，曼恩斯特在面密度高效、高精度检测、AB面对位提升、削薄改善、去金属化等方面均推出的创新方案。

在极片检测环节，曼恩斯特积极探索面密度的高效、高精度检测方案，近期公司发布了基于超声波检测技术的超声波面密度测量仪，从用户角度极大地提升了传感器的检测精度和检率。

作为国内首套采用空气耦合技术的超声波面密度测量仪产品，曼恩斯特该方案具备高安全、高精度、干湿膜检测、多种物质检测、与制膜或涂布面密度的全自动闭环系统深度融合等五大优势。

在AB面对位处理方面，4680电池对于容量和容量一致性有极高的要求，对位要求从0.5mm提升至0.3mm。曼恩斯特的对位控制方案，也是比较复杂的一个系统，包括涂布机、湿膜CCD、干膜CCD、闭环控制系统、涂布模头及模头移动机构、行径纠偏机构等。

在A面涂布阶段，通过干湿膜CCD的尺寸检测数据与模头及GAP的调节装置联动，实现A面尺寸的精确控制；在B面涂布阶段，通过机头和机尾CCD反馈的双面涂膜尺寸数据与模头及GAP调节机构、纠偏机构联动，实现B面与A面涂膜的精准对位。A/B面对位0±0.5mm下CPK>1.33。

在削薄改善方面，4680电芯极片对于削薄改善提出了更高要求，曼恩斯特的思路，是在垫片边缘会进行削薄区特殊设计，包括倒角、台阶、或者组合设计，可根据具体的浆料和涂布工艺来展开。除了垫片设计之外，曼恩斯特研究院负责人还提出可以通过边缘T块补料的方式进行削薄改善。

在去金属化方面，曼恩斯特一直致力于前段制程的去金属化，近期，公司将全行业首发的全陶瓷全自动新品模头将有效解决金属模头易磨损、不耐腐蚀等行业痛点。

曼恩斯特研究院负责人强调，今后曼恩斯特也将推出更多的陶瓷类产品，给业内提供更安全的制造环境。

 

审核编辑：刘清