CATL寧德時代生產(chǎn)車間｜電芯是怎么制造出來的？

日期：2018-05-28 點擊次數(shù)：2389

CATL寧德時代生產(chǎn)車間｜電芯是怎么制造出來的？

鋰電圈子 3月24日

2017年CATL寧德時代奪下了全球鋰離子動力電池銷量榜的冠軍。這證明了中國鋰電也已突破日韓包圍，正在崛起為全球鋰離子動力電池行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。這家成立于2011年的年輕新能源企業(yè)為何能夠后來居上？為何能保持著車用鋰電池“零事故”的行業(yè)記錄呢？

近日，在央視2套播出的紀(jì)錄片《大國重器》更加激起了我對CATL寧德時代這家明星企業(yè)的興趣。而今天就讓我們走進CATL寧德時代的生產(chǎn)車間，一起來看看這塊被大眾，寶馬，奔馳爭搶的電芯是怎么制造出來的。

電芯是一個電池系統(tǒng)的*小單元。多個電芯組成一個模組，再多個模組組成一個電池包，這就是車用動力電池的基本結(jié)構(gòu)。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(fù)極片所覆載活性物質(zhì)多少來決定的。正負(fù)電極極片的設(shè)計需要根據(jù)不同車型來量身定做的。正負(fù)極材料克容量，活性材料的配比、極片厚度、壓實密度等對容量等的影響也至關(guān)重要。

活性材料的制漿——攪拌工序

攪拌就是將活性材料通過真空攪拌機攪拌成漿狀。這是電池生產(chǎn)的**道工序，該道工序質(zhì)量控制的好壞，將直接影響電池的質(zhì)量和成品合格率。而且該道工序工藝流程復(fù)雜，對原料配比，混料步驟，攪拌時間等等都有較高的要求。

這里攪拌的是電池的活性材料

寧德時代的攪拌車間對粉塵嚴(yán)格管控，此外，在攪拌的這一過程中需要嚴(yán)格控制粉塵，以防止粉塵對電池一致性產(chǎn)生影響，在寧德時代的生產(chǎn)車間對粉塵的管控水平相當(dāng)于醫(yī)藥級別。

將攪拌好的漿料涂在銅箔上——涂布工序

這道工序就是將上一道工序后已經(jīng)攪拌好的漿料以每分鐘80米的速度被均勻涂抹到4000米長的銅箔上下面。而涂布前的銅箔只有6微米厚，可以用“薄如蠶翼”來形容。

涂布工序*重要的是厚度和重量的一致性

涂布至關(guān)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。否則會導(dǎo)致電池放電過快，甚至?xí)霈F(xiàn)安全隱患。

將銅箔上負(fù)極材料壓緊再切分——冷壓與預(yù)分切

在碾壓車間里，通過輥將附著有正負(fù)極材料的極片進行碾壓，一方面讓涂覆的材料更緊密，提升能量密度，保證厚度的一致性，另一方面也會進一步管控粉塵和濕度。

冷壓就是將鋁箔上的正負(fù)極材料壓緊壓實，這對提升能量密度也很重要

將冷壓后的極片根據(jù)需要生產(chǎn)電池的尺寸進行分切，并充分管控毛刺（這里的毛刺只能在顯微鏡下看清楚了）的產(chǎn)生，這樣做的目的是避免毛刺扎穿隔膜，產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患。

切出電池上正負(fù)極的小耳朵——極耳模切與分條

極耳切模工序就是用模切機形成電芯用的導(dǎo)電極耳。我們知道電池是分正負(fù)極的，極耳就是從電芯中將正負(fù)極引出來的金屬導(dǎo)電體，通俗的說電池正負(fù)兩極的耳朵，是在進行充放電時的接觸點。

而接下來的分條工序就是通過切刀對電池極片進行分切。

極耳模切簡單說就是做出正負(fù)兩極的小耳朵

完成電芯的雛形——卷繞工序

在這里，電池的正極片、負(fù)極片、隔離膜以卷繞的方式組合成裸電芯。**的CCD視覺檢測設(shè)備可實現(xiàn)自動檢測及自動糾偏，確保電芯極片不錯位。

卷繞工序后電芯的雛形基本形成

有了CCD視覺檢測設(shè)備的輔助，CATL寧德時代的電池生產(chǎn)車間在國際上屬于自動化程度*高的電池生產(chǎn)車間之一。

去除水分和注入電解液——烘焙與注液

水分是電池系統(tǒng)的大敵，電池烘烤工序就是為了使電池內(nèi)部水份達標(biāo)，確保電池在整個壽命周期內(nèi)具有良好的性能。

為了去除水分，電芯需要進行烘烤

而注液，就是往電芯內(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。電解液的注入量是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，如果電解液注入量過大，會導(dǎo)致電池發(fā)熱甚至直接失效，如果注入量過小，則又影響電池的循環(huán)性。

電芯激活的過程——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(xué)反應(yīng)形成SEI膜（SEI膜：是鋰電池首次循環(huán)時由于電解液和負(fù)極材料在固液相間層面上發(fā)生反應(yīng)，所以會形成一層鈍化膜，就像給電芯鍍了一層面膜。），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。將電芯的性能激活，還要經(jīng)過X-ray監(jiān)測、絕緣監(jiān)測、焊接監(jiān)測，容量測試等一系列“體檢過程”。

化成工序當(dāng)中還包括，對電芯“激活”后第二次灌注電解液、稱重、注液口焊接、氣密性檢測；自放電測試高溫老化及靜置保證了產(chǎn)品性能。

所有制造好后的每一個電芯單體都具有一個單獨的二維碼，記錄著出生日期，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(shè)計做出數(shù)據(jù)支持。

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(yán)格篩選，將一致性好的電芯按照精密設(shè)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(dāng)復(fù)雜，需要多道工序，一點不比電芯的制造過程簡單。

上料

將電芯傳送到制定位置，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(shè)備喂料100%實現(xiàn)了自動化

給電芯洗個澡——等離子清洗工序

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(shù)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(shù)？原因在于，等離子清洗技術(shù)是清洗方法中*為徹底的剝離式清洗方式，其*大優(yōu)勢在于清洗后無廢液，*大特點是對金屬、半導(dǎo)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(fù)雜結(jié)構(gòu)的清洗。

等離子清洗過程

將電芯組合起來——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，還能起到絕緣和散熱的目的。CATL寧德時代采用國際上***的高精度的涂膠設(shè)備以及機械手協(xié)作，可以以設(shè)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。

電芯的涂膠過程

給電芯建個家——端版與側(cè)板的焊接

電池模組多采用鋁制端板和側(cè)板焊接而成，通過機器人進行層壓和端板、側(cè)板焊接處理。

線束隔離板裝配

焊接監(jiān)測系統(tǒng)準(zhǔn)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。

線束隔離板的安裝過程

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(guān)——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(biāo)準(zhǔn)化的模組設(shè)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)*佳適合空間和預(yù)定位置。

每個電池包包含了若干電池單元，與連接器、控制器和冷卻系統(tǒng)集成到一起，外覆鋁殼包裝。通過螺栓自動固緊，由電氣連接器相連，即使發(fā)生故障，僅需更換單獨的模組即可，不必更換整個電池組，維修工作量和危險性大大降低，更換模組僅需把冷卻系統(tǒng)拆解，并不涉及其他構(gòu)件。

其實，電動汽車從*初的設(shè)計階段就要通過各種方法，*大程度保證安全性。然而，再完美的設(shè)計還得經(jīng)過實踐測試的考量。在寧德時代，只有成功通過這些磨練的電池產(chǎn)品，才能被放行使用。

590攝氏度火燒測試

590攝氏度火燒電池是什么概念？我們知道金星的地面溫度是464攝氏度，在這樣的高溫下，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)。

在安全性能方面國家的標(biāo)準(zhǔn)是外部燃燒130秒，電池不起火、不爆炸。然而，作為行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)CATL寧德時代卻有著更高的要求，不僅做到了外部燃燒130秒后電池依然可以正常工作，的國家標(biāo)準(zhǔn)，更達到了在590攝氏度的情況下連續(xù)燃燒1小時后，電池依然沒有爆炸危險。

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