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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產線。這是國內首條、國際一流的自動化產線，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、在線檢測設備和信息追溯系統的助攻，catl的產線可實現“生產數據可視化”、“生產過程透明化”、“生產現場無人化”。

電芯（Cell）是一個電池系統的最小單元。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部水分達標，確保電池在整個壽命周期內具有良好的性能。注液，就是往烘焙后的電芯內注入電解液。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部發生化學反應形成SEI膜，保證后續電芯在充放電循環過程中的安全、可靠和長循環壽命。

為了電芯擁有良好性能，電芯制造過程中還要經過X-ray檢測、焊接質量檢測，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，制造環境，性能參數等等。強大的追溯系統可以將任何信息記錄在案。如果出現異常，可以隨時調取生產信息；同時，這些大數據可以針對性地對后續改良設計做出數據支持。

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，并加裝單體電池監控與管理裝置。CATL的模組全自動化生產產線，全程由十幾個精密機械手協作完成。另外，每一個模組都有自己固定的識別碼，出現問題可以實現全過程的追溯。

從簡單的一顆電芯到電池包的生產過程也是相當復雜，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從自動搬運材料到為設備喂料100%實現了自動化。

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、氧化物和大多數高分子材料等都能很好地處理，可實現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作，可以以設定軌跡涂膠，同時實時監控涂膠質量，確保涂膠品質，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，待設備在線監測到組件裝配參數（如長度/壓力等）OK后，啟動焊接機器人，對端/側板完成焊接，及焊接質量100%在線檢測以確保質量，以及100%在線監測焊接質量。

線束隔離板裝配

焊接監測系統準確定位焊接位置后，綁定線束隔離板物料條碼至MES生產調度管理系統，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---激光焊接

通過自動激光焊接，完成極柱與連接片的連接，實現電池串并聯。

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。在這項極端且具有危險性的測試中，行業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，也不會出現電池爆炸的危險，避免出現二次傷害。

振動測試

顛簸路面對電池產生的振動，可能會引發質量不過關的電池產品固定不良，零部件松動，外殼破裂最后引發安全失效的情況。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，環境箱用來提供不同的溫度環境，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，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算的不是分秒，而是小時。在這里，電池包需在-30℃至60℃的環境條件下，電池包連續隨機振動21小時，這樣可等效模擬數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被破壞，出現高壓短路，電芯被內部零部件刺破漏液，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，復合鋁材質的電池包外殼已出現了明顯的變形，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品，甚至可以在擠壓變形的情況下，繼續正常工作。

【結束語】

自此，經過數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，寧德時代對于質量的把控還遠沒有結束。為了把控在日常使用時的質量和品質，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故障，可以追溯到關聯生產線甚至關聯原料。