中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近幾年，寧德時(shí)代電池出貨量高居榜首，其電池工廠更是被世界經(jīng)濟(jì)論壇評(píng)為燈塔工廠。那么，跟隨我的腳步，一起探索寧德時(shí)代電池工廠的秘密吧。
2023年12月14日，世界經(jīng)濟(jì)論壇（WEF）公布最新一批“燈塔工廠”名單，寧德時(shí)代溧陽(yáng)基地成功入選。這是繼寧德基地、宜賓基地后，寧德時(shí)代獲評(píng)的第三座“燈塔工廠”。目前全球鋰電行業(yè)僅有的3座“燈塔工廠”，均來(lái)自寧德時(shí)代。
寧德時(shí)代宜賓基地
寧德時(shí)代溧陽(yáng)基地
一、鋰電池結(jié)構(gòu)
鋰電池主要由5大組成部分:正極、負(fù)極、隔膜、電解液和外殼 。因生產(chǎn)工藝和外包裝不同,鋰離子電池可呈現(xiàn)多種外觀形態(tài),常見(jiàn)的外觀形態(tài)有圓柱形、方形和軟包裝；按電池卷芯結(jié)構(gòu)不同可分為卷繞式和疊片式。
寧德時(shí)代生產(chǎn)的電池主要有三種形態(tài)：圓柱形、方形和軟包形。其中，圓柱形電池主要應(yīng)用于特斯拉的Model 3車型，方形電池則廣泛應(yīng)用在市場(chǎng)上超過(guò)九成的純電動(dòng)車型中。此外，寧德時(shí)代也在研究其他新型電池，如凝聚態(tài)電池等。
二、鋰電池生產(chǎn)車間環(huán)境要求
干燥房是利用除濕機(jī)把房間里的空氣濕度降低到一定需求范圍內(nèi)的房間。
鋰電池材料中的水分含量是電芯中水分的主要來(lái)源之一，而且環(huán)境濕度越大，電池材料越容易吸收空氣中的水分。反之，環(huán)境濕度控制越好，電池材料吸收空氣中水分的能力越有限。鋰電池干燥房可以防止水分對(duì)鋰電池的影響，鋰電池生產(chǎn)線是在干燥房?jī)?nèi)進(jìn)行。
三、鋰電池生產(chǎn)工藝
鋰電池生產(chǎn)工序繁多，工藝復(fù)雜，“人、機(jī)、料、法、環(huán)”任何一點(diǎn)出現(xiàn)失誤，都會(huì)降低鋰離子電池的可靠性。需要嚴(yán)格控制每一道工序，以確保獲得合格的產(chǎn)品。
電芯生產(chǎn)工藝
1. 攪拌
攪拌就是將活性材料通過(guò)真空攪拌機(jī)攪拌成漿狀。這是電池生產(chǎn)的第一道工序，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(duì)原料配比，混料步驟，攪拌時(shí)間等等都有較高的要求。
時(shí)下的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰等。負(fù)極材料一般都是碳素材料，如石墨就是應(yīng)用最廣泛的負(fù)極材料。這兩種材料需要在攪拌機(jī)中攪拌成漿狀。
寧德時(shí)代的攪拌車間對(duì)粉塵嚴(yán)格管控，此外，在攪拌的這一過(guò)程中需要嚴(yán)格控制粉塵，以防止粉塵對(duì)電池一致性產(chǎn)生影響，在寧德時(shí)代的生產(chǎn)車間對(duì)粉塵的管控水平相當(dāng)于醫(yī)藥級(jí)別。
2. 涂布
涂布是將攪拌好的漿料涂抹在銅箔和鋁箔上。涂布至關(guān)重要，需要保證極片厚度和重量一致，否則會(huì)影響電池的一致性。涂布還必須確保沒(méi)有顆粒、雜物、粉塵等混入極片。否則會(huì)導(dǎo)致電池放電過(guò)快，甚至?xí)霈F(xiàn)安全隱患。
3. 切分
切分分為預(yù)分切和分條。
首先在碾壓車間里，通過(guò)輥將附著有正負(fù)極材料的極片進(jìn)行碾壓。冷壓就是將鋁箔上的正負(fù)極材料壓緊壓實(shí)，這對(duì)提升能量密度很重要，將冷壓后的極片根據(jù)需要生產(chǎn)電池的尺寸進(jìn)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。
然后使用模切機(jī)形成電芯用的導(dǎo)電極耳，再通過(guò)切刀對(duì)電池極片進(jìn)行分切。
4. 卷繞或堆疊
將電池的正極片、負(fù)極片、隔離膜以卷繞或堆疊的方式組合成裸電芯。其中，先進(jìn)的CCD視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)及自動(dòng)糾偏，確保電芯極片不錯(cuò)位。有了CCD視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備的輔助，CATL寧德時(shí)代的電池生產(chǎn)車間在國(guó)際上屬于自動(dòng)化程度最高的電池生產(chǎn)車間之一。
5. 焊接
對(duì)電芯進(jìn)行正負(fù)極的焊接。對(duì)焊接好的電芯進(jìn)行氣密性檢測(cè)，確保電芯密封良好。
6. 烘焙與注液
電池烘烤工序是為了使電池內(nèi)部水份達(dá)標(biāo)，確保電池在整個(gè)壽命周期內(nèi)具有良好的性能。
注液工序是往電芯內(nèi)注入電解液并加隔膜進(jìn)行包裹。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(guò)大，會(huì)導(dǎo)致電池發(fā)熱甚至直接失效，如果注入量過(guò)小，則又影響電池的循環(huán)性。
7. 化成測(cè)試
化成是對(duì)注液后的電芯進(jìn)行激活的過(guò)程，通過(guò)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(shí)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(huì)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(guò)程中的安全、可靠和長(zhǎng)循環(huán)壽命。將電芯的性能激活，還要經(jīng)過(guò)X-ray監(jiān)測(cè)、絕緣監(jiān)測(cè)、焊接監(jiān)測(cè)，容量測(cè)試等一系列“體檢過(guò)程”。化成工序當(dāng)中還包括，對(duì)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(cè)；自放電測(cè)試高溫老化及靜置保證了產(chǎn)品性能。
單個(gè)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(hù)電路和保護(hù)殼，才能直接使用。這就是所謂的電池模組。
電池模組生產(chǎn)工藝
1. 上料
將電芯傳送到制定位置，機(jī)械手自動(dòng)抓取送入模組裝配線。在寧德時(shí)代的車間內(nèi)從自動(dòng)搬運(yùn)材料到為設(shè)備喂料100%實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。
2. 清洗
對(duì)每個(gè)電芯表面進(jìn)行清洗，寧德時(shí)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(guò)程中的污染物不附著在電芯底部。
3. 電芯組裝
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。寧德時(shí)代采用國(guó)際上最先進(jìn)的高精度的涂膠設(shè)備以及機(jī)械手協(xié)作，可以以設(shè)定軌跡涂膠，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控涂膠質(zhì)量，確保涂膠品質(zhì)，進(jìn)一步提升了每組不同電池模組的一致性。
4. 焊接
電池模組多采用鋁制端板和側(cè)板焊接而成，通過(guò)機(jī)器人進(jìn)行層壓和端板、側(cè)板焊接處理。
5. 線束隔離板裝配
焊接監(jiān)測(cè)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(dú)的編碼以便追溯。打碼后通過(guò)機(jī)械手將線束隔離板自動(dòng)裝入模組。
6. 激光焊接
通過(guò)自動(dòng)激光焊接，完成極柱與連接片的連接，實(shí)現(xiàn)電池串并聯(lián)。
7. 下線測(cè)試
下線前對(duì)模組全性能檢查，包括模組電壓/電阻、電池單體電壓、耐壓測(cè)試、絕緣電阻測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)化的模組設(shè)計(jì)原理可以定制化匹配不同車型，每個(gè)模塊還能夠安裝在車內(nèi)最佳適合空間和預(yù)定位置。
四、寧德時(shí)代——極限制造
據(jù)了解，在寧德時(shí)代，每條生產(chǎn)線1分鐘可生產(chǎn)150個(gè)電芯，每天更有超過(guò)140萬(wàn)個(gè)電芯誕生，生產(chǎn)成本降低42%，生產(chǎn)節(jié)拍縮短50%。
這么快的生產(chǎn)速度是怎么做到的？
為了應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的制造工藝和滿足高質(zhì)量的產(chǎn)品需求，寧德時(shí)代在2020年提出了“極限制造”理念。寧德時(shí)代運(yùn)用ABCDEFG七大智能制造使能技術(shù)（A-人工智能、B-大數(shù)據(jù)、C-云計(jì)算、D-數(shù)字孿生、E-邊緣計(jì)算、F-射頻技術(shù)、G-5G），建立了極限制造體系架構(gòu)，打造以智能制造平臺(tái)為核心，多平臺(tái)多系統(tǒng)深度交互的工業(yè)化和信息化融合生態(tài)平臺(tái)，支撐極限制造目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
依托于人工智能、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)，寧德時(shí)代建立起極限制造體系，在極復(fù)雜的工藝流程下以更快的生產(chǎn)速度生產(chǎn)出高質(zhì)量的電池產(chǎn)品。通過(guò)基于模型的過(guò)程智能管控及全流程多模態(tài)智能檢測(cè)系統(tǒng)，在大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法的支持下，寧德時(shí)代將缺陷率從PPM（百萬(wàn)分之一）級(jí)別降低到PPB（十億分之一）級(jí)別。
參考來(lái)源：
1.劉芬等.鋰離子電池主要生產(chǎn)工序及控制點(diǎn)
2.揭秘寧德時(shí)代燈塔工廠：每組電池生產(chǎn)耗時(shí)1.7秒，缺陷率僅有十億分之一！怎么做到的？.CHINAPLAS國(guó)際橡塑展
3.走進(jìn)寧德時(shí)代（CATL）生產(chǎn)線，每個(gè)工序都不要錯(cuò)過(guò)！.金屬加工
4.寧德時(shí)代官網(wǎng)、官微，新華日?qǐng)?bào)等
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡(jiǎn)）
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