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于微米间见功夫 看宁德时代如何铸就“大国重器”

导读: 作为新一代国之重器的锂离子电池,1日晚亮相央视财经频道的大型工业纪录片《大国重器》(第二季)。在本集中,摄制组重点拍摄了我国锂离子电池产业的领军企业,来自我省的宁德时代新能源(下称“宁德时代”)。

作为新一代国之重器的锂离子电池,1日晚亮相央视财经频道的大型工业纪录片《大国重器》(第二季)。在本集中,摄制组重点拍摄了我国锂离子电池产业的领军企业,来自我省的宁德时代新能源(下称“宁德时代”)。

作为2017年全球锂离子动力电池销量的冠军,如今的宁德时代正带领中国锂电产业突破日韩包围,崛起为全球行业领导者。随着《大国重器》的镜头,中国最大的新能源电池生产基地也揭开了“神秘面纱”。

打赢“毫厘必争”战役

不久前,在辽宁沈阳的试车场进行了一次汽车动力电池的极限测试——电动汽车以每小时110公里的速度行驶着……在这样的极限挑战下,国际上性能最优质的动力电池可以将温差控制在5摄氏度以内。而这一次,宁德时代生产的动力电池,温差最高仅为3.62摄氏度。

另外,此次测试续航里程达到410公里,这同样比肩全球最高技术水平。

千里之外的宁德,中国最大的动力电池生产基地内,生产线上,工人穿梭、工作,自动机器人取料、穿行。这里是宁德时代的大本营,如今每天生产出的动力电池可以满足1500辆高端纯电动汽车的需求,并广泛应用于商用车、乘用车和储能系统。

“每辆汽车的电池包由几十到几百个电芯组成。电芯中的导电金属层影响安全性,而活性材料层则决定蓄电能力。两层材料可以说是‘厚此薄彼’,围绕它们的电池设计和制造工艺,是目前全球新能源竞争的核心领域。”宁德时代产品工程部资深经理王维告诉记者。

要想让电池性能提升,宁德时代坚持“两条腿走路”——一方面,下大力改善活性材料性能;另一方面,致力于空间利用率提升。

“我们最先尝试将电芯中的导电铜箔厚度从8微米减少到6微米。这样做,可以在电芯体积不变的情况下,增大活性材料镍钴锰的用量,使电芯的能量密度提高2%,从而加大续航里程。”王维介绍说,这是他的团队攻关的方向。

这也是全球新能源电池竞争的核心领域,国外的三大电池制造商此前都在8微米铜箔上徘徊不前。

从8微米到6微米,关键是涂布这道工序。记者在生产线上看到,一卷铜箔近4000米,以每分钟80米的速度运行,让活性材料均匀涂抹到铜箔上。

“6微米的铜箔更薄,高速运行下容易下塌,若平行度、张力控制不当,极易产生褶皱或翻折,导致整卷铜箔报废。”王维说。

宁德时代的工程师用了3年时间,联合上游供应商研发出全球第一台6微米涂布生产设备。工程师们为这台机器设计了200根大小不一的辊轴用来控制铜箔的张力和平行度。难度在于,所有的辊轴必须要保持绝对水平,任何一根有偏差,都会造成铜箔断裂。这些辊轴,圆度和圆柱度公差要求3微米,堪比火箭核心部件。

接下来的难关,是要将涂满活性材料的6微米铜箔与绝缘膜卷绕在一起,组成电池中最核心的部分——电芯。

基材变薄,对卷绕工艺提出了更高的要求。为确保高速卷绕中,白色的绝缘膜上下两面要与正负极片同时完成贴合。这一过程,靠的是全球动力电池产业第一台能够适应6微米铜箔的高速卷绕机,这一由2500个精密零部件组成的设备,同样完全自主制造。

为确保安全,电池还要历经590摄氏度高温火烧,浸水、喷淋、高空冲击的检验,每一项都是国际最高标准。甚至国际上认为太过严苛、不做硬性规定的、8毫米钢针刺穿3个电芯的人为短路模拟测试,在这里也毫不马虎。

测试全部通过!

据悉,第一批6微米铜箔动力电池将用于华晨宝马的电动汽车上。

助力中国锂电突围

宁德时代如今已成为中国新能源电池产业的领军。而数据显示,如今全球排名前十位的动力电池生产商,中国企业已占六席,到2020年中国动力电池全球份额将超过50%。

锂离子电池1992年由索尼公司商业化,世界锂离子电池产业基本由日本人独霸天下。在2000年以前,日本的电池产量占到世界的95%以上。韩国锂离子电池的商业化制造开始于1999年后,尽管起步较晚,但是借助于韩国在消费和移动电子领域的产业优势,以三星SDI、LG化学等公司为代表的韩国锂离子产业发展迅速。当时,全球锂电池制造业鲜见中国企业身影。

公司成立之初,现任宁德时代董事长曾毓群博士凝聚了许多有十年经验的研发工程人员。当时,他提出三个基本理念: 第一,发展绝对不能以牺牲环境为代价;第二,安全至上;第三,技术和产品世界第一。“假如我们不是世界第一,我们没有存在的价值。”

“宁德时代成立后第一个项目就是和华晨宝马合作的纯电动之诺1E。华晨宝马向宁德时代输出了非常详尽的动力电池系统需求规格书,足足有700多页德文。”曾毓群认为,这次合作让企业受益匪浅,“它让我们意识到我们确实不懂汽车,但也让我们坚定了一个信念:只要能做出世界一流的电池,在汽车电动化这件事上我们就有生存的空间”。

2014年,之诺1E纯电动汽车问世。之后两年,宁德时代提供的电池组以卓越的质量、稳定性和可靠性,经受住了市场的考验。2016年,双方共同研发的第二款新能源车BMW X1插电式混合动力车型在沈阳铁西工厂下线。未来,华晨宝马将继续与宁德时代保持长期稳定的合作关系。

目前,宁德时代已与德国、美国等国际顶级汽车厂商及国内众多知名汽车厂商建立了深度合作关系,为全球客户研发和生产纯电动汽车、混合动力汽车的动力电池系统,并以成立海外机构的形式为这些知名车厂提供本地化服务。

虽然新能源汽车未来可期,但是电池在能量密度上远不能同内燃机相比,因此续航里程长期以来是电动车最大软肋之一。目前,宁德时代动力电池单体比能量可达到270瓦时/公斤以上,2020年将力争实现350瓦时/公斤。同时,宁德时代正在研发固态电池技术,这将使得电池组体积更小,续航里程超600公里。固态电池相较传统锂电池,具有能量密度高、安全性能更强的优势。

在充电速度上,宁德时代也取得了关键性的突破。目前,已研发了15分钟快充技术,实现了将充电时间缩短到喝一杯咖啡的时间。

此外,宁德时代还一直在探索如何进行梯次利用和电池回收。据介绍,当电池系统容量还剩70%-80%时,宁德时代会对其进行梯次利用应用到储能系统。这些电池会被宁德时代的控股公司邦普回收,拆解成电池的原材料以备循环利用,构建一个完整的锂电池绿色产业链。

勇于创新,不断突破,让宁德时代站在行业最前沿。据第三方机构高工锂电测算,2017年,宁德时代动力电池销量位居全球第一。

来源:福建日报 作者:林侃

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