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宁德时代：超级电池诞生记
发布：admin浏览：5946次
作为新一代国之重器
锂离子动力电池
以宁德时代为代表
早在去年，就登上了央视的舞台
《大国重器》第二季
详细介绍了宁德时代的电池生产线
对此还不太了解的朋友
今天我们一起学习下
第一部分：电芯诞生记
首先，让我们看一下电芯的生产产线。这是国内首条、国际一流的自动化产线，宝马X1和新5系的电芯就是在这里诞生的哦。
所有进入车间的人员都必须穿洁净服，戴帽子、口罩，完毕后，需要经过喷淋间360度无死角除尘
控温、控湿、无尘的工厂，可媲美半导体微电子的制造环境
忙碌的RGV，按照设定的轨道，自动搬运材料和为设备上下物料
孤独的机械手自动拆盘码盘
有了高科技机器人、中控系统、在线检测设备和信息追溯系统的助攻，catl的产线可实现“生产数据可视化”、“生产过程透明化”、“生产现场无人化”。
电芯（Cell）是一个电池系统的最小单元。M个电芯组成一个模组（Module）,N个模组组成一个电池包（Pack）,这是车用动力电池的基本结构。电池就像一个储存电能的容器，能储存多少的容量，是靠正极片和负极片的所负载活性物质多少来决定的。
极片主要是由
搅拌、涂布、冷压
三道工序完成
搅拌
搅拌就是将正、负极固态电池材料混合均匀后加入溶剂，通过真空搅拌机搅拌形成均匀浆状。
涂布
拌好的活性材料以每分钟80米的速度被均匀涂覆到4000米长的铜箔上下面。涂布前的铜箔薄如蝉翼，只有6微米厚。涂布至关重要，需要保证极片厚度和重量一致，否则会影响电池的一致性。涂布还必须确保没有颗粒、杂物、粉尘等混入极片。否则，导致电池自放电过快甚至安全隐患。
冷压和预分切
辊压装置将涂布后的极片压实到预定的厚度和密度。
极耳模切和分条
在这里，用模切机模切形成电芯的导电极耳。极耳是电池头上耳朵，通俗地说就是电池正负极的耳朵在进行充放电时的连接点。然后，通过切刀对极片进行分切。
卷绕
电芯的正极片、负极片、隔离膜以卷绕的方式组合形成裸电芯。先进的CCD可实现自动检测及自动纠偏，确保电芯极片不错位。
装配
卷绕好的裸电芯将被自动分选配对，之后再经过极耳焊接、折极耳、装配顶支架、热熔Mylar、入壳、壳体焊接等工序。至此，裸电芯就拥有了坚硬的外壳。
烘培和注液
电池烘烤工序是为了使电池内部水分达标，确保电池在整个寿命周期内具有良好的性能。注液，就是往烘焙后的电芯内注入电解液。电解液就像电芯身体里流动的血液，能量的交换就是带电离子的交换。这些带电离子从电解液中运输过去，到达另一电极，完成充放电过程。
化成
化成是对注液后的电芯进行激活的过程，通过充放电使电芯内部发生化学反应形成SEI膜，保证后续电芯在充放电循环过程中的安全、可靠和长循环寿命。
为了电芯拥有良好性能，电芯制造过程中还要经过X-ray检测、焊接质量检测，绝缘检测、容量测试等一系列“体检过程”。
制造好后的每一个电芯单体都具有一个单独的二维码，记录着制造日期，制造环境，性能参数等等。强大的追溯系统可以将任何信息记录在案。如果出现异常，可以随时调取生产信息；同时，这些大数据可以针对性地对后续改良设计做出数据支持。
第二部分：模组变形记
单个的电芯是不能使用的，只有将众多电芯组合在一起，再加上保护电路和保护壳，才能直接使用。这就是所谓的电池模组。
电池模组（module）是由众多电芯组成的。需要通过严格筛选，将一致性好的电芯按照精密设计组装成为模块化的电池模组，并加装单体电池监控与管理装置。CATL的模组全自动化生产产线，全程由十几个精密机械手协作完成。另外，每一个模组都有自己固定的识别码，出现问题可以实现全过程的追溯。
从简单的一颗电芯到电池包的生产过程也是相当复杂，需要多道工序，一点不比电芯的制造过程简单。
上料
将电芯传送到指定位置，机械手自动抓取送入模组装配线。在宁德时代的车间内从自动搬运材料到为设备喂料100%实现了自动化。
给电芯洗个澡---等离子清洗
对每个电芯表面进行清洗（CATL宁德时代采用的是等离子处理技术保证清洁度）。这里采用离子清洁，保证在过程中的污染物不附着在电芯底部。
为什么要采用等离子清洗技术？原因在于，等离子清洗技术是清洗方法中最为彻底的剥离式清洗方式，其最大优势在于清洗后无废液，最大特点是对金属、半导体、氧化物和大多数高分子材料等都能很好地处理，可实现整体和局部以及复杂结构的清洗。
将电芯组装起来---电芯涂胶
电芯组装前，需要表面涂胶。涂胶的作用除了固定作用之外，还能起到绝缘的目的。
CATL宁德时代采用国际上最先进的高精度的涂胶设备以及机械手协作，可以以设定轨迹涂胶，同时实时监控涂胶质量，确保涂胶品质，进一步提升了每组不同电池模组的一致性。
给电芯建个家---端板与侧板的焊接
电池模组多采用铝制端板和侧板焊接而成，待设备在线监测到组件装配参数（如长度/压力等）OK后，启动焊接机器人，对端/侧板完成焊接，及焊接质量100%在线检测以确保质量，以及100%在线监测焊接质量。
线束隔离板装配
焊接监测系统准确定位焊接位置后，绑定线束隔离板物料条码至MES生产调度管理系统，生成单独的编码以便追溯。打码后通过机械手将线束隔离板自动装入模组。
完成电池的串并联---激光焊接
通过自动激光焊接，完成极柱与连接片的连接，实现电池串并联。
下线前的重要一关---下线测试
下线前对模组全性能检查，包括模组电压/电阻、电池单体电压、耐压测试、绝缘电阻测试。标准化的模组设计原理可以定制化匹配不同车型，每个模块还能够安装在车内最佳适合空间和预定。
第三部分：电池历险记
在重装上阵前，电池组还需经历"九九八十一难"才能修成正果。在宁德时代，这些极端，苛刻的实验包括挑战高温火烧、挤压、冲击、振动、海水浸泡、高低温冲击等，可多达230项。在宁德时代，只有成功通过层层磨炼的电池产品，才能被放行使用。
火烧测试
在高温油气烟火下，铅、锌等金属材料早已熔化。但是，电池组却要在这样的高温下进行“生存”挑战。在这项极端且具有危险性的测试中，行业的国家标准是外部火烧130秒，电池不起火、不爆炸。但在CATL，一切有着最高的要求。国家标准要求外部燃烧后不起火不爆炸，CATL则挑战做到了外部火烧130秒后，电池依然可以正常工作；国家标准外部燃烧时间要求为130秒即可，CATL甚至研究了连续燃烧1小时后，电池依然没有爆炸危险。而在这样的情况下，即使是熔点为660℃的铝材，也早熔化成了液体。
通过这样严苛的火烧试验，即使遇上火灾或车辆燃烧，也不会出现电池爆炸的危险，避免出现二次伤害。
振动测试
颠簸路面对电池产生的振动，可能会引发质量不过关的电池产品固定不良，零部件松动，外壳破裂最后引发安全失效的情况。为此，国家标准要求对动力电池进行振动测试。
振动台用来模拟电池包在实际使用中会遇到的颠簸路况，环境箱用来提供不同的温度环境，充放电机则用以提供充放电的实际工作情况。这三部分组成了带温度带负载的振动测试系统，真实模拟了实车使用时的情景。
这是宁德时代的一座推力20吨的振动台，用来模拟电池包在实际使用中会遇到的颠簸路况，但其振动强烈程度更甚于实际路况。在试验中，电池包一秒钟要被振动200下，而电芯模组则要被振动2000下。蜜蜂的翅膀每秒钟振动400下，我们就可以听到“嗡嗡”的声音，每秒振动2000下的电芯模组所发出的声音是非常尖锐刺耳的。
在宁德时代，这样的振动承受挑战算的不是分秒，而是小时。在这里，电池包需在-30℃至60℃的环境条件下，电池包连续随机振动21小时，这样可等效模拟数十万公里的行车疲劳情况。
加速度冲击测试
与振动试验类似，冲击测试用以测试电池包的机械结构稳定，其模拟车辆通过路障时，瞬间颠簸对电池包结构的冲击。
在宁德时代的冲击测试中，最高加速度可高达100G。100G加速度如何理解？载人航天飞行器的向心加速度最高可达15G。一辆电动大巴被时速为50公里的小车撞击时，电池包所受到的加速度约为30G。一般人的心脏承受的最大加速度为50G。而目前有记录的，人体能承受的加速度极限约为40G。但在如此强烈的加速度冲击下，电池包依然运行正常。
挤压测试
挤压测试用于模拟电池在交通事故时受到挤压的情况。电池受到挤压时在结构上可能由外至内被破坏，出现高压短路，电芯被内部零部件刺破漏液，造成热失控，进而引起起火或爆炸。
在宁德时代的挤压试验中，施加给电池包的力是10吨。一辆2吨的车，以90km/h的速度行驶撞击，其撞击力刚好是10吨。
从图中可以看到，在10吨外部力量的挤压下，复合铝材质的电池包外壳已出现了明显的变形，但电池包整体结构完整。对于挤压测试的通过标准一般是不起火、不爆炸。而宁德时代的电池产品，甚至可以在挤压变形的情况下，继续正常工作。
【结束语】
自此，经过数不清的复杂加工工艺和检测测试流程，一块印有CATL标志的成品车用电池单元终于诞生了。但即使如此，宁德时代对于质量的把控还远没有结束。为了把控在日常使用时的质量和品质，所有的成品电池和电芯都有自己独一无二的编码，如果未来某块电池甚至某颗电芯出现故障，可以追溯到关联生产线甚至关联原料。
