因结构改变工艺 电池变身“短刀”记

来源:汽车之家
        今天对于任何一家希望在中国市场有所作为的车企而言,布局新能源都是不争的路线。与传统燃油车不同,新能源车尤其是纯电动车的特殊结构,让其储能部分——电池组成为了兵家必争之地,不仅需要掌握核心技术,能否自行制造都会轻则影响价格、产量,重则影响品牌定位,咱们这次去常州就是看看长城旗下的蜂巢能源推出的短刀电池制造过程。

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● 所谓专业的人干专业的事儿,很长一段时间以来主机厂与供应商之间都是存在相互羁绊关系的。换言之,整车制造从来都并非主机厂独揽大局,供应商协助技术支持以及零部件制造;

● 进入纯电动时代,动力电池组这个车上最大的零部件开始出现厂商自行研发、设计的趋势,蜂巢能源就是长城孵化的新生力军。

● 尽管出自长城,但蜂巢能源提供的产品却并非仅供自家使用,这样的关系有点像昔日的丰田与电装;

● 短刀电池结构特殊,因此制造环节有着不少差异;相比整车制造已略显固化的环节,电池的生产过程目前变数明显更多;

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  随着这些年中国品牌不断增大技术上的研发投入,我们的耳中与脑中开始被越来越多的具有“中国特色”的技术名词占据。

  在新能源,尤其是纯电动技术路线快速推演的当下,咱们听到了越来越多关于电池的消息。其中就包含了蜂巢能源推出的短刀电池。

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  在很长一段时间里,电池组的提供都有赖于宁德时代、三星、LG、松下这样的供应商,对车企而言,尺寸规格与价格均受制于人的情况显然令人寝食难安。

  自研、自造电池组就成为了有实力的车企这些年的研发方向,它的重要性就像是若干年前车企们攻克发动机变速箱难关时一样。

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  2019年上海车展上亮相的它在型号上分为L300、L400、L500、L600四种,均是字母L+数字组合的方式,其中L代表Long cell, 数字代表长度,比如今天参观的L600代表长度600mm左右。

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  它们覆盖从1.6-4C全域充电范围,按照需求可以满足乘用车到储能、商用车、工程机械、非高速电车等全域使用场景,材料上包含无钴、三元到磷酸铁锂全域化学体系应用。

  仅停留在实验室中的技术没有资格被称为优秀产品,想落地走入市场需要制造环节的不懈努力。同时,新技术的应用又在直接影响制造流程,短刀电池虽在最终电池包部分简化了结构,但由于电芯更长,对涂布准确性、叠片效率提出了新课题。

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  有人嘲笑他们解决老问题,带来新困惑,但我认为人类历史之所以继续向前,不正是因为这样的“庸人自扰”,在这样看似徒劳的循环中慢慢前进的。

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  就像人类社会生是由无数个体组成一样,布置在底盘中间的电池组也是由若干模组构成,其根据封装方式不同,可以粗略分为软包、方形以及以特斯拉为代表的圆柱型三种,蜂巢能源以及比亚迪主打的都是方形电池。

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  整个的制造过程流程繁多,技术把控细节众多,本着让您看下去的目的,我将其简化为下面几步,整个过程与制作一道叫肉龙的北方面食有着些许神似。

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1 原料搅拌

  就像是做带馅儿的面食首先需要准备馅料一样,制造电池的首个环节也是搅拌未来会用与正极的原料,只不过材料从菜与肉变成了各类化学物质。具体会根据电池是磷酸铁锂,还是三元锂略有差异。

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  追本溯源的说,影响电池性能的正是其中材料的活性,若其中掺有杂质,轻则影响性能,重则存在提前引发衰退或自燃的隐患。因此在这个环节中,减少杂质就是工艺核心。

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  另一方面,近些年原材料价格的上涨困扰着供应商与车企,提升的价格最终转嫁到消费者头势必会降低自身竞争力。提前布局是其中的重要解决办法,这也是蜂巢能源的优势,另一方面,从研发端减少高价化学物品使用,以及寻找替代正极元素也是优秀的解决方案。

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2 涂布与辊压

  “馅料”搅拌均匀后,需要将它们涂抹到“面”上,只不过电芯中这个“面”是极片,一般正极极片是铝制,负极多为铜或铂。

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  另一方面 为了尽可能在有限空间内提升能量密度,需要尽可能多,但且薄的涂抹正极材料,这听起来有些矛盾的需求,您可以理解为尽可能的扯直面皮,然后均匀的抹好材料。

  为了保证薄薄一层馅料与面皮紧密相连,会用一根筷子将它压实,这个过程就是辊压。

3 模切与叠片

  完成上述的环节,准备工作告一段落。已经合二为一成为极片的它们仍需深加工,简言之就是根据所需宽度进行尺寸剪裁。即便您和我一样不会做饭,也不难想象到原材料经过切割后一方面是尺寸难以控制,此外切断处也会因此产生形变。 

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  在电芯制造过程中,这类损耗也是需要控制的目标。为了减少传统五金切割造成的问题,蜂巢能源改为采用激光进行切割,这一步便是膜切,新方法一方面减少了磨损,另一方面减少了毛刺产生。

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  在电芯中,极片的布置结构是正极、隔片、负极。由于正负极分开生产,隔片是张连续不断的长卷,所以把它们放到一起的过程明显是影响整体效率的一环,这也是蜂巢能源提高生产效率的核心,它们自行开发的高速叠片系统,未来将会在0.125秒内完成整个操作,您可以脑补下这样的速度。

4 装配与检验

  叠片结束后,电芯距离我们熟悉的样子已经近在眼前了,多组叠片放在一起后,会被一起封装在铝制外壳中,随后还会包含注入电解液的过程。为了保证强度以及减少热变形产生的公差,焊接中大量使用了激光焊接。

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写在后面的话:

  与传统劳动密集型的整车制造厂不同,电池制造工厂中的人工岗位与工人数量明显更少。更多的自动化设备以及无尘化车间才是保证产品品质的砝码。如果说整车制造工厂的环节,各家车企已相差无几,那么电池工厂的布局与运行方式与整个产业一样,都是新鲜而充满变数的。屏幕前的您如果对哪家工厂感兴趣,不妨在下面给我留言,咱们下次工厂中再会。

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