电芯是一个电池系统的最小单元。多个电芯组成一个模组,再多个模组组成一个电池包,这就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所覆载活性物质多少来决定的。正负电极极片的设计需要根据不同车型来量身定做的。正负极材料克容量,活性材料的配比、极片厚度、压实密度等对容量等的影响也至关重要。
01活性材料的制浆——搅拌工序
这里搅拌的是电池的活性材料宁德时代的搅拌车间对粉尘严格管控,此外,在搅拌的这一过程中需要严格控制粉尘,以防止粉尘对电池一致性产生影响,在宁德时代的生产车间对粉尘的管控水平相当于医药级别。
02活性材料的制浆——搅拌工序
这道工序就是将上一道工序后已经搅拌好的浆料以每分钟80米的速度被均匀涂抹到4000米长的铜箔上下面。而涂布前的铜箔只有6微米厚,可以用“薄如蚕翼”来形容。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。否则会导致电池放电过快,甚至会出现安全隐患。
03将铜箔上负极材料压紧切分——冷压与预分切
在碾压车间里,通过辊将附着有正负极材料的极片进行碾压,一方面让涂覆的材料更紧密,提升能量密度,保证厚度的一致性,另一方面也会进一步管控粉尘和湿度。冷压就是将铝箔上的正负极材料压紧压实,这对提升能量密度也很重要。将冷压后的极片根据需要生产电池的尺寸进行分切,并充分管控毛刺(这里的毛刺只能在显微镜下看清楚了)的产生,这样做的目的是避免毛刺扎穿隔膜,产生严重的安全隐患。
04切出正负极的小耳朵——极耳模切与分条
极耳切模工序就是用模切机形成电芯用的导电极耳。我们知道电池是分正负极的,极耳就是从电芯中将正负极引出来的金属导电体,通俗的说电池正负两极的耳朵,是在进行充放电时的接触点。
通俗的说电池正负两极的耳朵是在进行充放电时的接触点。这个接触点并不是我们看到的电池外表的那个铜片,而是电池内部的一种连接。极片则是电池的核心,也就是我们说的电极,一个正的一个负的,这样才有电,极耳是要由电极引出的部分,通过极耳与其他的连接才能通电。
而接下来的分条工序就是通过切刀对电池极片进行分切。极耳模切简单说就是做出正负两极的小耳朵
05完成电芯的雏形——卷绕工序
06去除水分和注入电解液——烘焙与注液
水分是电池系统的大敌,电池烘烤工序就是为了使电池内部水份达标,确保电池在整个寿命周期内具有良好的性能。为了去除水分,电芯需要进行烘烤而注液,就是往电芯内注入电解液。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。电解液的注入量是关键中的关键,如果电解液注入量过大,会导致电池发热甚至直接失效,如果注入量过小,则又影响电池的循环性。
07电芯激活的过程——化成
08给电芯洗个澡——等离子清洗工序
09将电芯组合起来——电芯涂胶
10给电芯建个家——端版与侧板的焊接
11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。
12下线前的重要一关——下线测试
13590摄氏度火烧测试
590摄氏度火烧电池是什么概念?我们知道金星的地面温度是464摄氏度,在这样的高温下,铅、锌等金属材料早已熔化。但是,电池组却要在这样的高温下进行“生存”挑战。在安全性能方面国家的标准是外部燃烧130秒,电池不起火、不爆炸。然而,作为行业领军企业CATL宁德时代却有着更高的要求,不仅做到了外部燃烧130秒后电池依然可以正常工作,的国家标准,更达到了在590摄氏度的情况下连续燃烧1小时后,电池依然没有爆炸危险。
14连续21小时振动试验
在日常用车当中,免不了要通过一些颠簸路面,电池产生的振动可能会引发质量不过关的电池产品固定不良,零部件松动,甚至外壳破裂最后引发安全失效的等情况。
15加速度达到100G的撞击测试
与振动试验类似,冲击测试用以测试电池包的机械结构稳定,其模拟车辆通过路障时,瞬间颠簸对电池包结构的冲击。此外,在更换电池的过程中有万分之一的几率遇到电池跌落的情况。所谓不怕一万就怕万一,CATL宁德时代将电池从1米高度进行自由落体测试,且保证各项功能依然正常。
在宁德时代的冲击测试中,最高加速度可高达100G。要知道一般人的心脏承受的最大加速度为50G。而目前有记录的,人体能承受的加速度极限约为40G。在如此强烈的加速度冲击下,电池包依然运行正常。