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一顆電芯是如何誕生的?

更新時(shí)間:2024-02-16      瀏覽次數(shù):695

電芯是一個(gè)電池系統(tǒng)的最小單元。多個(gè)電芯組成一個(gè)模組,再多個(gè)模組組成一個(gè)電池包,這就是車用動(dòng)力電池的基本結(jié)構(gòu)。電池就像一個(gè)儲(chǔ)存電能的容器,能儲(chǔ)存多少的容量,是靠正極片和負(fù)極片所覆載活性物質(zhì)多少來決定的。正負(fù)電極極片的設(shè)計(jì)需要根據(jù)不同車型來量身定做的。正負(fù)極材料克容量,活性材料的配比、極片厚度、壓實(shí)密度等對(duì)容量等的影響也至關(guān)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(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。

 

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(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。

 

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(jīng)攪拌好的漿料以每分鐘80米的速度被均勻涂抹到4000米長(zhǎng)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。

 

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。涂布還必須確保沒有顆粒、雜物、粉塵等混入極片。否則會(huì)導(dǎo)致電池放電過快,甚至?xí)霈F(xiàn)安全隱患。

 

將銅箔上負(fù)極材料壓緊再切分——冷壓與預(yù)分切

 

在碾壓車間里,通過輥將附著有正負(fù)極材料的極片進(jìn)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(huì)進(jìn)一步管控粉塵和濕度。

 

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。

 

切出電池上正負(fù)極的小耳朵——極耳模切與分條

 

極耳模切工序就是用模切機(jī)形成電芯用的導(dǎo)電極耳。我們知道電池是分正負(fù)極的,極耳就是從電芯中將正負(fù)極引出來的金屬導(dǎo)電體,通俗的說電池正負(fù)兩極的耳朵,是在進(jìn)行充放電時(shí)的接觸點(diǎn)。

 

而接下來的分條工序就是通過切刀對(duì)電池極片進(jìn)行分切。

 

完成電芯的雛形——卷繞工序

 

在這里,電池的正極片、負(fù)極片、隔離膜以卷繞的方式組合成裸電芯。先進(jìn)的CCD視覺檢測(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。

 

去除水分和注入電解液——烘焙與注液

 

水分是電池系統(tǒng)的大敵,電池烘烤工序就是為了使電池內(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。

 

而注液,就是往電芯內(nèi)注入電解液。電解液就像電芯身體里流動(dòng)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(yùn)輸過去,到達(dá)另一電極,完成充放電過程。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大,會(huì)導(dǎo)致電池發(fā)熱甚至直接失效,如果注入量過小,則又影響電池的循環(huán)性。

 

電芯激活的過程——化成

 

化成是對(duì)注液后的電芯進(jìn)行激活的過程,通過充放電使電芯內(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。

 

所有制造好后的每一個(gè)電芯單體都具有一個(gè)單獨(dú)的二維碼,記錄著出生日期,制造環(huán)境,性能參數(shù)等等。強(qiáng)大的追溯系統(tǒng)可以將任何信息記錄在案。如果出現(xiàn)異常,可以隨時(shí)調(diào)取生產(chǎn)信息;同時(shí),這些大數(shù)據(jù)可以針對(duì)性地對(duì)后續(xù)改良設(shè)計(jì)做出數(shù)據(jù)支持。


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