甯德時代：超級電池誕生記
作為新一代國之重器
锂離子動力電池
以甯德時代為代表
早在去年，就登上了央視的舞台
《大國重器》第二季
詳細介紹了甯德時代的電池生産線
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産産線。這是國内首條、國際一流的自動化産線，寶馬X1和新5系的電芯就是在這裡誕生的哦。
所有進入車間的人員都必須穿潔淨服，戴帽子、口罩，完畢後，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的産線可實現“生産數據可視化”、“生産過程透明化”、“生産現場無人化”。
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、塗布、冷壓
三道工序完成
攪拌
攪拌就是将正、負極固态電池材料混合均勻後加入溶劑，通過真空攪拌機攪拌形成均勻漿狀。
塗布
拌好的活性材料以每分鐘80米的速度被均勻塗覆到4000米長的銅箔上下面。塗布前的銅箔薄如蟬翼，隻有6微米厚。塗布至關重要，需要保證極片厚度和重量一緻，否則會影響電池的一緻性。塗布還必須确保沒有顆粒、雜物、粉塵等混入極片。否則，導緻電池自放電過快甚至安全隐患。
冷壓和預分切
輥壓裝置将塗布後的極片壓實到預定的厚度和密度。
極耳模切和分條
在這裡，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。然後，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，确保電芯極片不錯位。
裝配
卷繞好的裸電芯将被自動分選配對，之後再經過極耳焊接、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内部水分達标，确保電池在整個壽命周期内具有良好的性能。注液，就是往烘焙後的電芯内注入電解液。電解液就像電芯身體裡流動的血液，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
化成是對注液後的電芯進行激活的過程，通過充放電使電芯内部發生化學反應形成SEI膜，保證後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”。
制造好後的每一個電芯單體都具有一個單獨的二維碼，記錄着制造日期，制造環境，性能參數等等。強大的追溯系統可以将任何信息記錄在案。如果出現異常，可以随時調取生産信息；同時，這些大數據可以針對性地對後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，隻有将衆多電芯組合在一起，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）是由衆多電芯組成的。需要通過嚴格篩選，将一緻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的模組全自動化生産産線，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别碼，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産過程也是相當複雜，需要多道工序，一點不比電芯的制造過程簡單。
上料
将電芯傳送到指定位置，機械手自動抓取送入模組裝配線。在甯德時代的車間内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甯德時代采用的是等離子處理技術保證清潔度）。這裡采用離子清潔，保證在過程中的污染物不附着在電芯底部。
為什麼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後無廢液，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複雜結構的清洗。
将電芯組裝起來---電芯塗膠
電芯組裝前，需要表面塗膠。塗膠的作用除了固定作用之外，還能起到絕緣的目的。
CATL甯德時代采用國際上最先進的高精度的塗膠設備以及機械手協作，可以以設定軌迹塗膠，同時實時監控塗膠質量，确保塗膠品質，進一步提升了每組不同電池模組的一緻性。
給電芯建個家---端闆與側闆的焊接
電池模組多采用鋁制端闆和側闆焊接而成，待設備在線監測到組件裝配參數（如長度/壓力等）OK後，啟動焊接機器人，對端/側闆完成焊接，及焊接質量100%在線檢測以确保質量，以及100%在線監測焊接質量。
線束隔離闆裝配
焊接監測系統準确定位焊接位置後，綁定線束隔離闆物料條碼至MES生産調度管理系統，生成單獨的編碼以便追溯。打碼後通過機械手将線束隔離闆自動裝入模組。
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。标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内最佳适合空間和預定。
第三部分：電池曆險記
在重裝上陣前，電池組還需經曆"九九八十一難"才能修成正果。在甯德時代，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。在甯德時代，隻有成功通過層層磨煉的電池産品，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，行業的國家标準是外部火燒130秒，電池不起火、不爆炸。但在CATL，一切有着最高的要求。國家标準要求外部燃燒後不起火不爆炸，CATL則挑戰做到了外部火燒130秒後，電池依然可以正常工作；國家标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小時後，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
颠簸路面對電池産生的振動，可能會引發質量不過關的電池産品固定不良，零部件松動，外殼破裂最後引發安全失效的情況。為此，國家标準要求對動力電池進行振動測試。
振動台用來模拟電池包在實際使用中會遇到的颠簸路況，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，真實模拟了實車使用時的情景。
這是甯德時代的一座推力20噸的振動台，用來模拟電池包在實際使用中會遇到的颠簸路況，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。
在甯德時代，這樣的振動承受挑戰算的不是分秒，而是小時。在這裡，電池包需在-30℃至60℃的環境條件下，電池包連續随機振動21小時，這樣可等效模拟數十萬公裡的行車疲勞情況。
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，其模拟車輛通過路障時，瞬間颠簸對電池包結構的沖擊。
在甯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公裡的小車撞擊時，電池包所受到的加速度約為30G。一般人的心髒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
擠壓測試用于模拟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内被破壞，出現高壓短路，電芯被内部零部件刺破漏液，造成熱失控，進而引起起火或爆炸。
在甯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，複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标準一般是不起火、不爆炸。而甯德時代的電池産品，甚至可以在擠壓變形的情況下，繼續正常工作。
【結束語】
自此，經過數不清的複雜加工工藝和檢測測試流程，一塊印有CATL标志的成品車用電池單元終于誕生了。但即使如此，甯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，可以追溯到關聯生産線甚至關聯原料。