短刀/刀片电池正在成为动力电池的主流技术路线之一，目前包括比亚迪、瑞浦兰钧、蜂巢能源、国轩高科、中创新航、吉利耀宁、广汽因湃等多家企业已经下重金布局这一路线，并扩大短刀/刀片电池的生产。
在应用场景上，储能电芯正在越做越大，包括宁德时代、瑞浦兰钧、亿纬锂能、蜂巢能源、海辰储能、力神电池、楚能新能源等电芯企业不断推出400Ah、500Ah+大容量储能电芯。
无论是汽车动力电池领域的短刀路线，还是“向大而生”的储能电芯，都在孕育着机会，而最有望受益于此的或将是设备端的叠片设备。
“根据不同电芯，整机效率可以做到0.08-0.15s/p。”日前，在第九届动力电池应用国际峰会(CBIS2024)上，深圳市光大激光科技股份有限公司切叠产品总监梁超，在题为《叠片的设备工艺创新》的演讲中，介绍了目前光大激光叠片工艺设备和技术创新情况。
过去很长一段时间，叠片设备因效率低、良率不如卷绕、设备投资大等痛点，无法与卷绕相匹敌。然而，随着电芯向长寿命、高安全、大容量等维度追求，更适合长薄大电芯的叠片工艺逐渐成为主流。
可以确定的是，未来随着越来越多电池企业扩大动力短刀/刀片、储能电芯产能布局，叠片装备将保持持续快速增长态势，在效率、良率、精度和降本等维度，具备优势的装备企业将获得更多机会。
01
追求极致叠片效率
光大激光推出多片Z叠设备
目前叠片工艺整个机台主要由正负极模切、叠片、分切贴胶和热压下料等工位组成。当前市场主流的叠片设备仍以多工位单片叠为主，“为了提高叠片设备效率，光大激光推出了多片Z叠设备。”据梁超介绍，多片叠与单片叠主要区别在于多片Z字型叠片是多个电芯在一个工位上同时Z字型进行叠片，中间隔膜需要一次分切，增加了一个分切工位。
具体而言，极片在模切工位经过激光切极耳或五金裁断后，机械手将真空皮带线上多张极片搬运到定位平台;定位纠偏后，机械手将多张极片同时搬运到叠片台，隔膜及正负极片交错运行，形成Z字型叠片，实现多片叠。
叠片完成的多极组通过机械手同时转移至分切工位，分切机构将极组间隔膜进行分切，形成单个极组，进行极组贴胶、缓存、热压&短路测试、称重、测厚，然后将极组转移至物流线。
不过，区别于传统叠片，多片Z叠设备在设备投资、运营成本、人员配置和效率方面都有明显改善：
(1)一个叠台同时叠多张极片，提高叠片效率;
(2)多张极片同时叠片，整机叠片效率0.08-0.15s/p;
(3)根据隔膜不同，可进行冷切或热切工艺;
(4)设备操作、换料位置均在设备边部，方便设备操作维护及物料更换，提高设备稼动率;
(5)同等产能下，多片叠设备整线设备数量减少30%-40%，人员配置减少，运营成本、能耗都能明显降低。
实现叠片极致效率和良率的提升以及降本，这背后离不开光大激光在多片Z字叠设备多重关键结构和技术上的创新。
真空皮带：传统的单片叠一般匹配的是三工位或者四工位叠片整机进行布局，为了提高整机效率，目前多片Z字叠只有双工位。工位数匹配越少，相对应极片在真空皮带上输送的距离越短，整个极片偏位和磕碰的风险会大大减少。此外，真空皮带真空腔体多段可调，保证极片输送过程中不发生较大偏移。
转移机械手：多张极片同时搬运转移，提高转移效率;每张极片独立吸附及检测，异常报警;极耳单独吸附，保证极耳吸附稳定性。
对位平台：通过CCD视觉系统对每一张极片进行视觉分析，每张极片独立检测及纠偏，保证极片纠偏精度;多张极片独立真空监测，保证极片吸附可靠性，异常独立报警。
叠片机构：通过机械手将多个定位好的极片同时叠片，提高叠片效率;每一颗电芯的压刀压力单独可调，保证在叠片过程中极片不会压伤极片;每个电芯四角压刀独立压持，保证电芯压紧，没有错位的风险。
覆膜机构：光大激光多片Z字叠采用多片同时覆膜的方式，提高覆膜的效率。“多张极片同时覆膜，增加覆膜匀速段距离，实现在整个覆膜的过程中，在启动和停止时都是平缓的状态，保证覆膜稳定及可靠性。”梁超表示。
下料机械手：叠片完成后，通过机械手将多个电芯同时进行转移，为保证电芯转移过程中不发生错位的风险，每一个电芯夹持位置都是单独可调的，保证电芯转移的稳定性，且提高搬运效率。
分切机构：电芯整面压紧分切，根据不同要求，隔膜分切边距负极片距离可调;
针对不同隔膜材质及工艺要求，隔膜选择热切/冷切工艺。同时还可以根据不同客户需求，调整分切后的隔膜与极片边缘距离。
在热切/冷切选择上，热切适用于未涂陶瓷及胶水的基膜，隔膜成本低;冷切工艺适用于需涂胶水的基膜或陶瓷膜，隔膜成本高。
热压机构：热压机构内可集合Hi-pot测试功能;可匹配不同压力的驱动装置;上下热压板喷涂防粘涂层，保证热压后极组与热压板无粘连等现象。
另外，光大激光开发了激光切极耳工艺。可以根据客户不同的需求，将激光切割极耳集合在五金裁切设备上，采用连续悬空切割，保证切割效果;同时，五金裁切极片前CCD检测极耳偏差并进行补偿，保证五金裁切精度;激光切采用连续切割，可匹配较快切割速度，并减少极耳翻折。
据梁超介绍，基于公司自主开发的多片Z字叠工艺设备，可以实现目前市场主流常规的590短刀电芯(115*550mm)极片做到0.1s/pcs，媲美卷绕效率。
02
专注锂电中段、模组设备
布局下一代电池设备
成立于2003年的光大激光，目前已深耕锂电装备领域20余年，除了在行业推出多片Z叠等拳头产品，公司在电芯中段设备、模组PACK组装线等环节也同步处于行业前列。
其中，在锂电中段设备环节，公司产品聚焦模切、叠片、方壳/圆柱组装等环节，模切设备主要为激光切极耳，公司2017年在国内首次推出零废料边切割设备，切叠一体机包括单片叠设备、多片叠设备。
梁超表示，公司方壳组装和圆柱组装线生产效率高、产品良率高、设备运行稳定，故障率低;自动化程度高，可实现无人操作;且可提供系统解决方案。
其中，方壳电芯组装线产线效率在12-40PPM，圆柱电芯装配线目前设备产能60-200PPM。其中，刀片电池电芯装配线设备效率在12-30PPM;顶盖及壳体具有AGV自动上料方式;设置缓存线体，提升设备稼动率。
公司圆柱组装线产线效率在60-200PPM;设备采用转塔方式;激光焊接采用飞行焊接方式。
在锂电设备后段的模组PACK方面，公司方壳的电池包线产能是6-36PPM，软包电池包线是6-18PPM，刀片电池包线产能6-20PPM，圆柱电池包线15-60PPM。
此外，光大激光还瞄准固态电池锂电装备开发，积极布局相关新电池技术装备工艺。
在客户方面，光大激光已经与宁德时代、比亚迪、国轩高科和亿纬锂能等动力电池主流企业合作。在出海方面，据悉，今年光大激光陆续拿下了多个海外电池项目的装备订单，公司还在扩建海外办事处，为全球锂电下一步产能布局提供装备支持。
