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電池制造過程(含極耳模切工序)

作者:Mingri日期:2019年1月8日 16:41

第一章:一顆電芯是如何誕生的?

電芯是一個電池系統的最小單元。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所覆載活性物質多少來決定的。正負電極極片的設計需要根據不同車型來量身定做的。正負極材料克容量,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。這是電池生產的第一道工序,該道工序質量控制的好壞,將直接影響電池的質量和成品合格率。而且該道工序工藝流程復雜,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。
 
此外,在攪拌的這一過程中需要嚴格控制粉塵,以防止粉塵對電池一致性產生影響,在寧德時代的生產車間對粉塵的管控水平相當于醫藥級別。
 
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。
 
 
圖:涂布工序最重要的是厚度和重量的一致性
 
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。否則會導致電池放電過快,甚至會出現安全隱患。
 
將銅箔上負極材料壓緊再切分——冷壓與預分切
 
在碾壓車間里,通過輥將附著有正負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。
 
將冷壓后的極片根據需要生產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)的產生,這樣做的目的是避免毛刺扎穿隔膜,產生嚴重的安全隱患。
 
切出電池上正負極的小耳朵——極耳模切與分條
 
極耳模切工序就是用模切機形成電芯用的導電極耳。我們知道電池是分正負極的,極耳就是從電芯中將正負極引出來的金屬導電體,通俗的說電池正負兩極的耳朵,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。
 
完成電芯的雛形——卷繞工序
 
在這里,電池的正極片、負極片、隔離膜以卷繞的方式組合成裸電芯。先進的CCD視覺檢測設備可實現自動檢測及自動糾偏,確保電芯極片不錯位。
 
有了CCD視覺檢測設備的輔助,CATL寧德時代的電池生產車間在國際上屬于自動化程度最高的電池生產車間之一。
 
去除水分和注入電解液——烘焙與注液
 
水分是電池系統的大敵,電池烘烤工序就是為了使電池內部水份達標,確保電池在整個壽命周期內具有良好的性能。
 
而注液,就是往電芯內注入電解液。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。電解液的注入量是關鍵中的關鍵,如果電解液注入量過大,會導致電池發熱甚至直接失效,如果注入量過小,則又影響電池的循環性。
 
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部發生化學反應形成SEI膜(SEI膜:是鋰電池首次循環時由于電解液和負極材料在固液相間層面上發生反應,所以會形成一層鈍化膜,就像給電芯鍍了一層面膜。),保證后續電芯在充放電循環過程中的安全、可靠和長循環壽命。將電芯的性能激活,還要經過X-ray監測、絕緣監測、焊接監測,容量測試等一系列“體檢過程”。
 
化成工序當中還包括,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。
 
 
第二章:讓電芯不再“裸奔” 電池包生產流程
 
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
 
將電芯傳送到制定位置,機械手自動抓取送入模組裝配線。
 
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。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。
 
圖:電芯的涂膠過程
 
 
 
第三章:電池組的終極考驗 電池組安全性測驗
 
其實,電動汽車從最初的設計階段就要通過各種方法,最大程度保證安全性。然而,再完美的設計還得經過實踐測試的考量。只有成功通過這些磨練的電池產品,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。
 
 
在安全性能方面國家的標準是外部燃燒130秒,電池不起火、不爆炸。然而,作為行業領軍企業卻有著更高的要求,不僅做到了外部燃燒130秒后電池依然可以正常工作,的國家標準,更達到了在590攝氏度的情況下連續燃燒1小時后,電池依然沒有爆炸危險。
 
連續21小時振動試驗
 
在日常用車當中,免不了要通過一些顛簸路面,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,甚至外殼破裂最后引發安全失效的等情況。
 
 
 

所屬類別: 行業動態

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