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年利润翻近80倍,7年估值超千亿,24天过会刷新最快IPO纪录,上市连续8个涨停板,并在2017年动力电池销量一举超越松下和比亚迪成为全球top1,2018年国内动力电池装机量以41.2%占比遥遥领先……
当然,宁德时代的崛起这其中离不开一整套精细的锂电池生产流程,本期我们一起揭秘宁德时代的超级工厂。
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。
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”。
电芯是一个电池系统的最小单元。M个电芯组成一个模组,N个模组组成一个电池包,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。
1、 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。
2、 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。
3、 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。
4、 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。
5、 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。
6、 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。
7、 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。
8、 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。
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。
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。
1、 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。
2、 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。
3、 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。
4、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。
5、 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。
6、 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。
7、 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。
结语
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。
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