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探秘比亚迪刀片电池工厂

弗迪工厂刀片电池装配线

比亚迪刀片电池出世之后,引发无数关注。惊叹于它的性能之余,很多人都会疑惑,接近1米长的电芯,能够批量生产吗? 

6月2日,《电动汽车观察家》受邀参观了比亚迪在重庆璧山的弗迪电池工厂,并和弗迪电池副总经理孙华军交流,了解了刀片电池生产的过程,及其未来的技术方向。 

这个由比亚迪大段自行设计、开发的电池生产线,体现出比亚迪近18年电池研发生产的经验,也处处体现出车用动力电池的标准。璧山弗迪电池工厂年底实际产量有望达到8Gwh,据称都已经被预定。 

1、业界最快叠片速度

从重庆市中心向西驾车一个多小时,是近几年发展迅速的璧山区。它被重庆规划部门称作未来工业化和城镇化的主战场之一。璧山国家高新区,也是全国首批智能化试点示范工业园区。 

2018年8月,一个大项目落在了这里——璧山区与比亚迪签下了年产20GWh的动力电池产业项目。项目总投资人民币100亿元,主要包括动力电池电芯、模组以及相关配套产业等核心产品制造。

资料来源:弗迪电池

2019年2月22日,项目开工。一年之后,工厂建成投产。2020年3月,比亚迪通过一场在线发布会,将这个工厂的产品——刀片电池介绍给了全世界关注电动汽车的人们。

刀片电池仍然是磷酸铁锂电池,但是其结构、规格都和以往大不相同。因此,比亚迪也为它全新设计了生产线。

我们的参观沿着电池生产流程走,基本工序并没有变化。但是每一个工序的品质控制能力、生产效率、高度自动化、数字化,体现出世界最先进动力电池工厂的追求。

突出的特点和工艺有几个: 

(1)环境控制 

在电池生产过程中,空气洁净度与电池品质高度相关。空气中包括粉尘、金属颗粒和水分,都可以说是电池安全之敌。首要的又是粉尘控制,粉尘如果带入电池,可能导致电池内部短路,甚至隔膜的刺穿,以及自放电等问题。  

比亚迪为此对车间整体做了无尘设计,整体是万级标准,关键工序达到了百级标准。 

所谓百级标准,孙华军介绍说,一立方米空间内,5微米(头发丝1/20粗细)的颗粒不超过29个,这达到了与液晶屏生产车间相同的标准。 

(2)宽幅涂布和辊压 

刀片电池长96厘米,也就需要大概这么长的极片,涂布和辊压工艺,都必须支持这个宽度。 

弗迪工厂的涂布工艺,支持最大宽度达130厘米,同时还是双面同时涂布,单位面积涂敷重量偏差小于1%。

弗迪工厂宽幅涂布工艺

辊压工艺中,可以支持120厘米超大宽幅,辊压速度还能达到120m/min,厚度控制2μm以内,确保宽尺寸极片厚度的一致性。 

在120厘米的宽度下,极片中间部分受力不如两侧,可能厚度会比两侧高。为此,弗迪工厂的辊压机还采用了弯缸工艺,对轧辊进行平行度校正,以确保辊压后的极片厚度一致性。 

(3)高速叠片

相对于卷绕电芯来说,叠片电芯的好处多多,但是就一条,工艺难。首先,极片分切精度和一致性要很高;其次,堆叠时对齐精度要很高;第三,基于前两者,一般来说叠片效率要低于卷绕。 

比亚迪此前的电池基本都是卷绕。但弗迪工厂的刀片电池,采用的是叠片工艺,而且是比亚迪完全独立自主开发的设备和裁切方案。设计的叠片速度在0.3s/pcs,工厂的介绍说,这是业界最高水平。可惜参观环节不包括叠片工序。

(4)加压注液

刀片电池这样一个狭长的大电芯,如何让电解液充分注入并吸收,也是挑战。比亚迪自主研发了太空舱加压注液技术,先采用真空负压将电池壳体内的空气排空,再用加压方式将电解液充分注入。 

总体而言,刀片电池工厂是达到工业4.0级别的制造、管理系统,在品控体系上符合IATF16949&VDA6.3标准。IATF16949国际汽车工作组的质量管理体系,VDA则是德国汽车工业联合会制定的德国汽车工业质量标准。刀片电池工厂虽然不说自己是车规级工厂,但各项要求都是对标汽车行业标准的。 

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