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作為新一代國之重器

鋰離子動力電池

以寧德時代為代表

早在去年，就登上了央視的舞臺

《大國重器》第二季

詳細介紹了寧德時代的電池生產(chǎn)線

對此還不太了解的朋友

今天我們一起學習下

 第一部分：電芯誕生記

首先，讓我們看一下電芯的生產(chǎn)產(chǎn)線。這是國內(nèi)首條、國際一流的自動化產(chǎn)線，寶馬X1和新5系的電芯就是在這里誕生的哦。

所有進入車間的人員都必須穿潔凈服，戴帽子、口罩，完畢后，需要經(jīng)過噴淋間360度無死角除塵

控溫、控濕、無塵的工廠，可媲美半導體微電子的制造環(huán)境

忙碌的RGV，按照設定的軌道，自動搬運材料和為設備上下物料

孤獨的機械手自動拆盤碼盤

有了高科技機器人、中控系統(tǒng)、在線檢測設備和信息追溯系統(tǒng)的助攻，catl的產(chǎn)線可實現(xiàn)“生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化”、“生產(chǎn)過程透明化”、“生產(chǎn)現(xiàn)場無人化”。

電芯（Cell）是一個電池系統(tǒng)的最小單元。M個電芯組成一個模組（Module）,N個模組組成一個電池包（Pack）,這是車用動力電池的基本結構。電池就像一個儲存電能的容器，能儲存多少的容量，是靠正極片和負極片的所負載活性物質(zhì)多少來決定的。

極片主要是由

攪拌、涂布、冷壓

三道工序完成

攪拌

攪拌就是將正、負極固態(tài)電池材料混合均勻后加入溶劑，通過真空攪拌機攪拌形成均勻漿狀。

涂布

拌好的活性材料以每分鐘80米的速度被均勻涂覆到4000米長的銅箔上下面。涂布前的銅箔薄如蟬翼，只有6微米厚。涂布至關重要，需要保證極片厚度和重量一致，否則會影響電池的一致性。涂布還必須確保沒有顆粒、雜物、粉塵等混入極片。否則，導致電池自放電過快甚至安全隱患。

冷壓和預分切

輥壓裝置將涂布后的極片壓實到預定的厚度和密度。

極耳模切和分條

在這里，用模切機模切形成電芯的導電極耳。極耳是電池頭上耳朵，通俗地說就是電池正負極的耳朵在進行充放電時的連接點。然后，通過切刀對極片進行分切。

卷繞

電芯的正極片、負極片、隔離膜以卷繞的方式組合形成裸電芯。先進的CCD可實現(xiàn)自動檢測及自動糾偏，確保電芯極片不錯位。

裝配

卷繞好的裸電芯將被自動分選配對，之后再經(jīng)過極耳焊接、折極耳、裝配頂支架、熱熔Mylar、入殼、殼體焊接等工序。至此，裸電芯就擁有了堅硬的外殼。

烘培和注液

電池烘烤工序是為了使電池內(nèi)部水分達標，確保電池在整個壽命周期內(nèi)具有良好的性能。注液，就是往烘焙后的電芯內(nèi)注入電解液。電解液就像電芯身體里流動的血液，能量的交換就是帶電離子的交換。這些帶電離子從電解液中運輸過去，到達另一電極，完成充放電過程。

化成

化成是對注液后的電芯進行激活的過程，通過充放電使電芯內(nèi)部發(fā)生化學反應形成SEI膜，保證后續(xù)電芯在充放電循環(huán)過程中的安全、可靠和長循環(huán)壽命。

為了電芯擁有良好性能，電芯制造過程中還要經(jīng)過X-ray檢測、焊接質(zhì)量檢測，絕緣檢測、容量測試等一系列“體檢過程”。

制造好后的每一個電芯單體都具有一個單獨的二維碼，記錄著制造日期，制造環(huán)境，性能參數(shù)等等。強大的追溯系統(tǒng)可以將任何信息記錄在案。如果出現(xiàn)異常，可以隨時調(diào)取生產(chǎn)信息；同時，這些大數(shù)據(jù)可以針對性地對后續(xù)改良設計做出數(shù)據(jù)支持。

第二部分：模組變形記

單個的電芯是不能使用的，只有將眾多電芯組合在一起，再加上保護電路和保護殼，才能直接使用。這就是所謂的電池模組。

電池模組（module）是由眾多電芯組成的。需要通過嚴格篩選，將一致性好的電芯按照精密設計組裝成為模塊化的電池模組，并加裝單體電池監(jiān)控與管理裝置。CATL的模組全自動化生產(chǎn)產(chǎn)線，全程由十幾個精密機械手協(xié)作完成。另外，每一個模組都有自己固定的識別碼，出現(xiàn)問題可以實現(xiàn)全過程的追溯。

從簡單的一顆電芯到電池包的生產(chǎn)過程也是相當復雜，需要多道工序，一點不比電芯的制造過程簡單。

上料

將電芯傳送到指定位置，機械手自動抓取送入模組裝配線。在寧德時代的車間內(nèi)從自動搬運材料到為設備喂料100%實現(xiàn)了自動化。

給電芯洗個澡---等離子清洗

對每個電芯表面進行清洗（CATL寧德時代采用的是等離子處理技術保證清潔度）。這里采用離子清潔，保證在過程中的污染物不附著在電芯底部。

為什么要采用等離子清洗技術？原因在于，等離子清洗技術是清洗方法中最為徹底的剝離式清洗方式，其最大優(yōu)勢在于清洗后無廢液，最大特點是對金屬、半導體、氧化物和大多數(shù)高分子材料等都能很好地處理，可實現(xiàn)整體和局部以及復雜結構的清洗。

將電芯組裝起來---電芯涂膠

電芯組裝前，需要表面涂膠。涂膠的作用除了固定作用之外，還能起到絕緣的目的。

CATL寧德時代采用國際上最先進的高精度的涂膠設備以及機械手協(xié)作，可以以設定軌跡涂膠，同時實時監(jiān)控涂膠質(zhì)量，確保涂膠品質(zhì)，進一步提升了每組不同電池模組的一致性。

給電芯建個家---端板與側板的焊接

電池模組多采用鋁制端板和側板焊接而成，待設備在線監(jiān)測到組件裝配參數(shù)（如長度/壓力等）OK后，啟動焊接機器人，對端/側板完成焊接，及焊接質(zhì)量100%在線檢測以確保質(zhì)量，以及100%在線監(jiān)測焊接質(zhì)量。

線束隔離板裝配

焊接監(jiān)測系統(tǒng)準確定位焊接位置后，綁定線束隔離板物料條碼至MES生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)，生成單獨的編碼以便追溯。打碼后通過機械手將線束隔離板自動裝入模組。

完成電池的串并聯(lián)---激光焊接

通過自動激光焊接，完成極柱與連接片的連接，實現(xiàn)電池串并聯(lián)。

下線前的重要一關---下線測試

下線前對模組全性能檢查，包括模組電壓/電阻、電池單體電壓、耐壓測試、絕緣電阻測試。標準化的模組設計原理可以定制化匹配不同車型，每個模塊還能夠安裝在車內(nèi)最佳適合空間和預定。

第三部分：電池歷險記

在重裝上陣前，電池組還需經(jīng)歷"九九八十一難"才能修成正果。在寧德時代，這些極端，苛刻的實驗包括挑戰(zhàn)高溫火燒、擠壓、沖擊、振動、海水浸泡、高低溫沖擊等，可多達230項。在寧德時代，只有成功通過層層磨煉的電池產(chǎn)品，才能被放行使用。

火燒測試

在高溫油氣煙火下，鉛、鋅等金屬材料早已熔化。但是，電池組卻要在這樣的高溫下進行“生存”挑戰(zhàn)。在這項極端且具有危險性的測試中，行業(yè)的國家標準是外部火燒130秒，電池不起火、不爆炸。但在CATL，一切有著最高的要求。國家標準要求外部燃燒后不起火不爆炸，CATL則挑戰(zhàn)做到了外部火燒130秒后，電池依然可以正常工作；國家標準外部燃燒時間要求為130秒即可，CATL甚至研究了連續(xù)燃燒1小時后，電池依然沒有爆炸危險。而在這樣的情況下，即使是熔點為660℃的鋁材，也早熔化成了液體。

通過這樣嚴苛的火燒試驗，即使遇上火災或車輛燃燒，也不會出現(xiàn)電池爆炸的危險，避免出現(xiàn)二次傷害。

振動測試

顛簸路面對電池產(chǎn)生的振動，可能會引發(fā)質(zhì)量不過關的電池產(chǎn)品固定不良，零部件松動，外殼破裂最后引發(fā)安全失效的情況。為此，國家標準要求對動力電池進行振動測試。

振動臺用來模擬電池包在實際使用中會遇到的顛簸路況，環(huán)境箱用來提供不同的溫度環(huán)境，充放電機則用以提供充放電的實際工作情況。這三部分組成了帶溫度帶負載的振動測試系統(tǒng)，真實模擬了實車使用時的情景。

這是寧德時代的一座推力20噸的振動臺，用來模擬電池包在實際使用中會遇到的顛簸路況，但其振動強烈程度更甚于實際路況。在試驗中，電池包一秒鐘要被振動200下，而電芯模組則要被振動2000下。蜜蜂的翅膀每秒鐘振動400下，我們就可以聽到“嗡嗡”的聲音，每秒振動2000下的電芯模組所發(fā)出的聲音是非常尖銳刺耳的。

在寧德時代，這樣的振動承受挑戰(zhàn)算的不是分秒，而是小時。在這里，電池包需在-30℃至60℃的環(huán)境條件下，電池包連續(xù)隨機振動21小時，這樣可等效模擬數(shù)十萬公里的行車疲勞情況。

加速度沖擊測試

與振動試驗類似，沖擊測試用以測試電池包的機械結構穩(wěn)定，其模擬車輛通過路障時，瞬間顛簸對電池包結構的沖擊。

在寧德時代的沖擊測試中，最高加速度可高達100G。100G加速度如何理解？載人航天飛行器的向心加速度最高可達15G。一輛電動大巴被時速為50公里的小車撞擊時，電池包所受到的加速度約為30G。一般人的心臟承受的最大加速度為50G。而目前有記錄的，人體能承受的加速度極限約為40G。但在如此強烈的加速度沖擊下，電池包依然運行正常。

擠壓測試

擠壓測試用于模擬電池在交通事故時受到擠壓的情況。電池受到擠壓時在結構上可能由外至內(nèi)被破壞，出現(xiàn)高壓短路，電芯被內(nèi)部零部件刺破漏液，造成熱失控，進而引起起火或爆炸。

在寧德時代的擠壓試驗中，施加給電池包的力是10噸。一輛2噸的車，以90km/h的速度行駛撞擊，其撞擊力剛好是10噸。

從圖中可以看到，在10噸外部力量的擠壓下，復合鋁材質(zhì)的電池包外殼已出現(xiàn)了明顯的變形，但電池包整體結構完整。對于擠壓測試的通過標準一般是不起火、不爆炸。而寧德時代的電池產(chǎn)品，甚至可以在擠壓變形的情況下，繼續(xù)正常工作。

【結束語】

自此，經(jīng)過數(shù)不清的復雜加工工藝和檢測測試流程，一塊印有CATL標志的成品車用電池單元終于誕生了。但即使如此，寧德時代對于質(zhì)量的把控還遠沒有結束。為了把控在日常使用時的質(zhì)量和品質(zhì)，所有的成品電池和電芯都有自己獨一無二的編碼，如果未來某塊電池甚至某顆電芯出現(xiàn)故障，可以追溯到關聯(lián)生產(chǎn)線甚至關聯(lián)原料。