寧德時代的新能源生產(chǎn)線——中國動力電池獨(dú)角獸

今天，帶領(lǐng)大家一起走進(jìn)中國動力電池獨(dú)角獸—寧德時代的工廠，一起探尋一塊超級電池的誕生記。

電芯誕生記

首先，讓我們看一下電芯的生產(chǎn)線。這是國內(nèi)首條、國際一流的自動化產(chǎn)線，寶馬X1和新5系的電芯就是在這里誕生的哦。

所有進(jìn)入車間的人員都必須穿潔凈服，戴帽子、口罩，完畢后，需要經(jīng)過噴淋間360度無死角除塵。

控溫、控濕、無塵的工廠，可媲美半導(dǎo)體微電子的制造環(huán)境。

忙碌的RGV，按照設(shè)定的軌道，自動搬運(yùn)材料和為設(shè)備上下物料。

孤獨(dú)的機(jī)械手自動拆盤碼盤

有了高科技機(jī)器人、中控系統(tǒng)、在線檢測設(shè)備和信息追溯系統(tǒng)的助攻，catl的產(chǎn)線可實(shí)現(xiàn)“生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化”、“生產(chǎn)過程透明化”、“生產(chǎn)現(xiàn)場無人化”。

說了這么多，電芯究竟怎么制造出來的呢？讓我們先認(rèn)識下電池的構(gòu)造。

電芯（Cell）是一個電池系統(tǒng)的最小單元。M個電芯組成一個模組（Module）,N個模組組成一個電池包（Pack）,這是車用動力電池的基本結(jié)構(gòu)。

電池就像一個儲存電能的容器，能儲存多少的容量，是靠正極片和負(fù)極片的所負(fù)載活性物質(zhì)多少來決定的。

極片主要是由攪拌、涂布、冷壓三道工序完成：

攪拌

攪拌就是將正、負(fù)極固態(tài)電池材料混合均勻后加入溶劑，通過真空攪拌機(jī)攪拌形成均勻漿狀。

涂布

攪拌好的活性材料以每分鐘80米的速度被均勻涂覆到4000米長的銅箔上下面。涂布前的銅箔薄如蟬翼，只有6微米厚。

涂布至關(guān)重要，需要保證極片厚度和重量一致，否則會影響電池的一致性。涂布還必須確保沒有顆粒、雜物、粉塵等混入極片。否則，導(dǎo)致電池自放電過快甚至安全隱患。

冷壓 & 預(yù)分切

輥壓裝置將涂布后的極片壓實(shí)到預(yù)定的厚度和密度。

極耳模切 & 分條

在這里，用模切機(jī)模切形成電芯的導(dǎo)電極耳。極耳是電池頭上的耳朵，通俗地說就是電池正負(fù)極的耳朵在進(jìn)行充放電時的連接點(diǎn)。

然后，通過切刀對極片進(jìn)行分切。

卷繞

電芯的正極片、負(fù)極片、隔離膜以卷繞的方式組合形成裸電芯。先進(jìn)的CCD可實(shí)現(xiàn)自動檢測及自動糾偏，確保電芯極片不錯位。

裝配

卷繞好的裸電芯將被自動分選配對，之后再經(jīng)過極耳焊接、折極耳、裝配頂支架、熱熔Mylar、入殼、殼體焊接等工序。至此，裸電芯就擁有了堅硬的外殼。

烘焙 & 注液

電池烘烤工序是為了使電池內(nèi)部水分達(dá)標(biāo)，確保電池在整個壽命周期內(nèi)具有良好的性能。

注液，就是往烘焙后的電芯內(nèi)注入電解液。電解液就像電芯身體里流動的血液，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。

化成

化成是對注液后的電芯進(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，保證后續(xù)電芯在充放電循環(huán)過程中的安全、可靠和長循環(huán)壽命。

為了電芯擁有良好性能，電芯制造過程中還要經(jīng)過X-ray檢測、焊接質(zhì)量檢測，絕緣檢測、容量測試等一系列“體檢過程”。

一顆性能優(yōu)良的超級電芯就這樣誕生啦！

制造好后的每一個電芯單體都具有一個單獨(dú)的二維碼，記錄著制造日期，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，可以隨時調(diào)取生產(chǎn)信息；同時，這些大數(shù)據(jù)可以針對性地對后續(xù)改良設(shè)計做出數(shù)據(jù)支持。

模組變形記

單個的電芯是不能使用的，只有將眾多電芯組合在一起，再加上保護(hù)電路和保護(hù)殼，才能直接使用。這就是所謂的電池模組。

電池模組（module）是由眾多電芯組成的。需要通過嚴(yán)格篩選，將一致性好的電芯按照精密設(shè)計組裝成為模塊化的電池模組，并加裝單體電池監(jiān)控與管理裝置。CATL的模組全自動化生產(chǎn)產(chǎn)線，全程由十幾個精密機(jī)械手協(xié)作完成。另外，每一個模組都有自己固定的識別碼，出現(xiàn)問題可以實(shí)現(xiàn)全過程的追溯。

從簡單的一顆電芯到電池包的生產(chǎn)過程也是相當(dāng)復(fù)雜，需要多道工序，一點(diǎn)不比電芯的制造過程簡單。

上料

將電芯傳送到指定位置，機(jī)械手自動抓取送入模組裝配線。

在寧德時代的車間內(nèi)從自動搬運(yùn)材料到為設(shè)備喂料100%實(shí)現(xiàn)了自動化

給電芯洗個澡——等離子清洗工序

對每個電芯表面進(jìn)行清洗（CATL寧德時代采用的是等離子處理技術(shù)保證清潔度）。這里采用離子清潔，保證在過程中的污染物不附著在電芯底部。

為什么要采用等離子清洗技術(shù)？原因在于，等離子清洗技術(shù)是清洗方法中最為徹底的剝離式清洗方式，其最大優(yōu)勢在于清洗后無廢液，最大特點(diǎn)是對金屬、半導(dǎo)體、氧化物和大多數(shù)高分子材料等都能很好地處理，可實(shí)現(xiàn)整體和局部以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的清洗。

將電芯組合起來——電芯涂膠

電芯組裝前，需要表面涂膠。涂膠的作用除了固定作用之外，還能起到絕緣的目的。

CATL寧德時代采用國際上最先進(jìn)的高精度的涂膠設(shè)備以及機(jī)械手協(xié)作，可以以設(shè)定軌跡涂膠，同時實(shí)時監(jiān)控涂膠質(zhì)量，確保涂膠品質(zhì)，進(jìn)一步提升了每組不同電池模組的一致性。

給電芯建個家——端版與側(cè)板的焊接

電池模組多采用鋁制端板和側(cè)板焊接而成，待設(shè)備在線監(jiān)測到組件裝配參數(shù)（如長度/壓力等）OK后，啟動焊接機(jī)器人，對端/側(cè)板完成焊接，及焊接質(zhì)量100%在線檢測以確保質(zhì)量，以及100%在線監(jiān)測焊接質(zhì)量。

線束隔離板裝配

焊接監(jiān)測系統(tǒng)準(zhǔn)確定位焊接位置后，綁定線束隔離板物料條碼至MES生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)，生成單獨(dú)的編碼以便追溯。打碼后通過機(jī)械手將線束隔離板自動裝入模組。

完成電池的串并聯(lián)——激光焊接

通過自動激光焊接，完成極柱與連接片的連接，實(shí)現(xiàn)電池串并聯(lián)。

下線前的重要一關(guān)——下線測試

下線前對模組全性能檢查，包括模組電壓/電阻、電池單體電壓、耐壓測試、絕緣電阻測試。標(biāo)準(zhǔn)化的模組設(shè)計原理可以定制化匹配不同車型，每個模塊還能夠安裝在車內(nèi)最佳適合空間和預(yù)定位置。

每個電池包包含了若干電池單元，與連接器、控制器和冷卻系統(tǒng)集成到一起，外覆鋁殼包裝。通過螺栓自動固緊，由電氣連接器相連，即使發(fā)生故障，僅需更換單獨(dú)的模組即可，不必更換整個電池組，維修工作量和危險性大大降低，更換模組僅需把冷卻系統(tǒng)拆解，并不涉及其他構(gòu)件。

延伸閱讀：新松新型AGV在寧德時代的創(chuàng)新應(yīng)用

寧德新能源是最早使用移動機(jī)器人參與電池生產(chǎn)的公司之一。由于電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)、環(huán)境的特殊性，新松AGV專門為寧德新能源研發(fā)了適用于電池生產(chǎn)條件的移動機(jī)器人。

造型奇特的AGV擔(dān)負(fù)著逐步代替人工操作的工作。電池的生產(chǎn)，需要在無塵環(huán)境下進(jìn)行，如果工人數(shù)量眾多，勢必會影響無塵的要求，使用機(jī)器人來代替一部分人工操作，不僅減少了灰塵對電池生產(chǎn)的隱患，同時更高的精確度，也可以確保工位動作時的一致性和準(zhǔn)確性。

寧德新能源電池生產(chǎn)車間——這種新型的AGV擁有一套類似于“炮筒”一樣的升降機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)將電極從生產(chǎn)線取下，運(yùn)送到備貨區(qū)，深度定制化服務(wù)使得新松可以根據(jù)客戶需求制作千變?nèi)f化的AGV形態(tài)。

寧德新能源電池生產(chǎn)車間——車間內(nèi)空間并不算寬闊，AGV需要在類似于這樣的道路上穿行，幾百上千條運(yùn)行軌跡綜合成AGV的運(yùn)行地圖。

與汽車生產(chǎn)線上忙碌的AGV不同，電池生產(chǎn)線的AGV并不會以環(huán)形路線運(yùn)行，而是運(yùn)行在像街道一樣相互交叉的路線上，哪個工位需要AGV的服務(wù)，則會向控制臺發(fā)送呼叫AGV的請求，控制臺根據(jù)當(dāng)前叫車點(diǎn)的位置，指派最近且沒有工作任務(wù)的AGV前去配合，這聽起來有點(diǎn)像滴滴打車，其實(shí)滴滴打車的規(guī)劃算法與控制臺調(diào)度系統(tǒng)的算法如出一轍，只不過在這生產(chǎn)車間里，沒有打車的人，只有一個個傳感器判斷、分析所形成的“叫車”請求而已。

AGV運(yùn)行軌跡圖例——圖例中橫線與縱線交叉形成地圖，AGV需要隨時可以行使到任何一條線段上，點(diǎn)與點(diǎn)之間由控制臺尋找最短行使路徑。

寧德新能源電池生產(chǎn)車間——AGV送貨瞬間

寧德新能源的現(xiàn)場同時還工作著一個個頭相對較大的多軸設(shè)備AGV，之所以稱之為多軸，是因?yàn)樗休d的設(shè)備有7組可動機(jī)構(gòu)，每組可動機(jī)構(gòu)之間協(xié)調(diào)工作，來移載更復(fù)雜的貨物，在這臺AGV上，除了常規(guī)的各種傳感器之外，還附帶有高精度電子秤，可以時刻反映當(dāng)前貨物的重量，重心，實(shí)時調(diào)整托舉姿態(tài)，防止大型貨物在移載過程中不會因?yàn)橹匦牟环€(wěn)導(dǎo)致事故，這么多控制單元同時協(xié)作，在AGV上也是第一次。

大型多軸移動機(jī)器人

除了電池生產(chǎn)商之外，我們也接到了很多新能源相關(guān)領(lǐng)域的訂單，像為了配合日益普及的中小型電動汽車生產(chǎn)技術(shù)，我們也在為生產(chǎn)電動汽車的小型企業(yè)打造輕量級裝載型AGV，在這一點(diǎn)上，新松AGV的深度定制化服務(wù)的優(yōu)勢展露無疑。