鉅大LARGE | 點擊量：5325次 | 2021年12月14日
揭秘比亞迪刀片電池是如何生產(chǎn)出來的？
隨著新能源補貼的下降，市場對于高能量密度的瘋狂追捧終于有所克制，冷靜下來的人們又想起了那個還在原點的問題，電動汽車究竟需要怎樣的動力電池？從現(xiàn)有的純電動路線來看，短期內(nèi)電池和充電技術(shù)也難得到突破，而此前各家的續(xù)航里程“競賽”還進一步惡化了純電動車安全性問題。因此在“后補貼時代”，成本和安全正在逐漸取代能量密度，成為新一輪的關(guān)注重點。
其實純電動車發(fā)展至今，很多東西已經(jīng)很難回頭，由于固態(tài)電池等新型電池的研發(fā)尚需時日，行業(yè)在面對日趨棘手的成本、安全矛盾時，一些廠商把目光又放回了曾經(jīng)被“打入冷宮”的磷酸鐵鋰電池。這其中比亞迪可謂是一個堅定的信徒，之前屢次“收割”關(guān)注的刀片電池便是一種磷酸鐵鋰的新產(chǎn)品，不過之前刀片電池也只是“只聞其名，不見其人”，這一次我們走進比亞迪位于重慶的刀片電池工廠，帶大家探尋其中的“秘密”。
重慶璧山的比亞迪刀片電池工廠其實名為弗迪鋰電池有限公司，是由之前的比亞迪鋰電池有限公司獨立而來，目前已經(jīng)正式投產(chǎn)。按照計劃，這家總投資100億，占地面積約1500畝的電池工廠，總共將建設(shè)8條鋰離子電池生產(chǎn)線，建成后具備20Gwh生產(chǎn)能力，市場關(guān)注的刀片電池就在這里誕生。
1、業(yè)界最快疊片速度
從重慶市中心向西駕車一個多小時，是近幾年發(fā)展迅速的璧山區(qū)。它被重慶規(guī)劃部門稱作未來工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的主戰(zhàn)場之一。璧山國家高新區(qū)，也是全國首批智能化試點示范工業(yè)園區(qū)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
2018年8月，一個大項目落在了這里——璧山區(qū)與比亞迪簽下了年產(chǎn)20GWh的動力電池產(chǎn)業(yè)項目。項目總投資人民幣100億元，主要包括動力電池電芯、模組以及相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)等核心產(chǎn)品制造。
資料來源：弗迪電池
2019年2月22日，項目開工。一年之后，工廠建成投產(chǎn)。2020年3月，比亞迪通過一場在線發(fā)布會，將這個工廠的產(chǎn)品——刀片電池介紹給了全世界關(guān)注電動汽車的人們。
刀片電池仍然是磷酸鐵鋰電池，但是其結(jié)構(gòu)、規(guī)格都和以往大不相同。因此，比亞迪也為它全新設(shè)計了生產(chǎn)線。
我們的參觀沿著電池生產(chǎn)流程走，基本工序并沒有變化。但是每一個工序的品質(zhì)控制能力、生產(chǎn)效率、高度自動化、數(shù)字化，體現(xiàn)出世界最先進動力電池工廠的追求。
突出的特點和工藝有幾個：
（1）環(huán)境控制
在電池生產(chǎn)過程中，空氣潔凈度與電池品質(zhì)高度相關(guān)?？諝庵邪ǚ蹓m、金屬顆粒和水分，都可以說是電池安全之?dāng)场Ｊ滓挠质欠蹓m控制，粉塵如果帶入電池，可能導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，甚至隔膜的刺穿，以及自放電等問題。
比亞迪為此對車間整體做了無塵設(shè)計，整體是萬級標(biāo)準，關(guān)鍵工序達到了百級標(biāo)準。
所謂百級標(biāo)準，孫華軍介紹說，一立方米空間內(nèi)，5微米（頭發(fā)絲1／20粗細）的顆粒不超過29個，這達到了與液晶屏生產(chǎn)車間相同的標(biāo)準。
（2）寬幅涂布和輥壓
刀片電池長96厘米，也就需要大概這么長的極片，涂布和輥壓工藝，都必須支持這個寬度。
弗迪工廠的涂布工藝，支持最大寬度達130厘米，同時還是雙面同時涂布，單位面積涂敷重量偏差小于1％。
弗迪工廠寬幅涂布工藝
輥壓工藝中，可以支持120厘米超大寬幅，輥壓速度還能達到120m／min，厚度控制2μm以內(nèi)，確保寬尺寸極片厚度的一致性。
在120厘米的寬度下，極片中間部分受力不如兩側(cè)，可能厚度會比兩側(cè)高。為此，弗迪工廠的輥壓機還采用了彎缸工藝，對軋輥進行平行度校正，以確保輥壓后的極片厚度一致性。
（3）高速疊片
相對于卷繞電芯來說，疊片電芯的好處多多，但是就一條，工藝難。首先，極片分切精度和一致性要很高；其次，堆疊時對齊精度要很高；第三，基于前兩者，一般來說疊片效率要低于卷繞。
比亞迪此前的電池基本都是卷繞。但弗迪工廠的刀片電池，采用的是疊片工藝，而且是比亞迪完全獨立自主開發(fā)的設(shè)備和裁切方案。設(shè)計的疊片速度在0．3s／pcs，工廠的介紹說，這是業(yè)界最高水平?？上⒂^環(huán)節(jié)不包括疊片工序。
（4）加壓注液
刀片電池這樣一個狹長的大電芯，如何讓電解液充分注入并吸收，也是挑戰(zhàn)。比亞迪自主研發(fā)了太空艙加壓注液技術(shù)，先采用真空負壓將電池殼體內(nèi)的空氣排空，再用加壓方式將電解液充分注入。
總體而言，刀片電池工廠是達到工業(yè)4．0級別的制造、管理系統(tǒng)，在品控體系上符合IATF16949＆VDA6．3標(biāo)準。IATF16949國際汽車工作組的質(zhì)量管理體系，VDA則是德國汽車工業(yè)聯(lián)合會制定的德國汽車工業(yè)質(zhì)量標(biāo)準。刀片電池工廠雖然不說自己是車規(guī)級工廠，但各項要求都是對標(biāo)汽車行業(yè)標(biāo)準的。
2、刀片的誕生
這次刀片電池工廠的開放參觀，也透露了刀片電池的誕生經(jīng)過。
之所以把電池做長，是因為電池包體積能量密度提升的需求?！拔覀兿胍央姵匕鼉?nèi)部浪費的空間利用起來?！睂O華軍說。
將電芯做大、做長，減少電芯數(shù)量，充分利用空間，是很多電池廠都能想到的改進方案。不過，要做到將近1米的長度，很多同行不敢想?！八麄兓旧隙颊J為1米的電池不太可能（做得出）。所以我覺得這首先還是敢不敢想的問題?！睂O華軍說。
刀片電池成品
比亞迪如何能實現(xiàn)？“我覺得是基于持續(xù)的、執(zhí)著的深耕，以及這種結(jié)構(gòu)的技術(shù)的積累?！?/p>
所謂積累，是比亞迪做了18年磷酸鐵鋰電池，最近的12年間，不斷往長條形結(jié)構(gòu)發(fā)展，長寬比從3．5到3．8，最終達到10．6、狹長如刀片的電池設(shè)計。刀片，不是一天變長的。
不過，自設(shè)計到誕生，比亞迪也花了一年半時間，包括先做計算仿真，通過專家技術(shù)評審，經(jīng)過手板樣件、模具樣件、OTS樣件、小批量試制樣件四輪驗證測試，才最終批量生產(chǎn)。
3、低溫性能不弱于三元
在3月份的刀片電池發(fā)布會上，比亞迪主要講述刀片電池的高安全性——能通過針刺測試，以及體積能量密度的大幅提升，使得搭載刀片電池的電動汽車續(xù)航里程也能突破600公里。
不過，業(yè)界基于磷酸鐵鋰電池的特點，對刀片電池的低溫性能，充電功率等都還有疑問。
孫華軍這次對刀片電池的性能做了全面解析，提出超級安全、超級強度、超級續(xù)航、超級低溫、超級壽命和超級功率六大特點。
安全、強度、續(xù)航在上次發(fā)布會已經(jīng)披露了不少。刀片電池的低溫、壽命和功率特性，比亞迪是首次披露。
一般而言，業(yè)內(nèi)普遍認為磷酸鐵鋰電池低溫性能不如三元電池。但是，根據(jù)孫華軍介紹，刀片電池在低溫充電時間上比三元略長；充電功率方面，如果是高電量，磷酸鐵鋰優(yōu)于三元，如果是低電量，磷酸鐵鋰不如三元，但是滿足需求。
低溫放電方面，刀片電池即便是在——20℃，都還能放出90％的電量，但他沒有提供和三元的對比。低溫放電功率方面，磷酸鐵鋰優(yōu)于三元。
這樣的表現(xiàn)應(yīng)該說超出預(yù)期，原因何在？
孫華軍解釋，解決低溫性能，主要兩個途徑。一是在材料層面，采用納米化的磷酸鐵鋰。
這是業(yè)界常見的解決方案。一般認為，納米化減小了材料粒徑，從而縮短鋰離子的遷移路徑，改善功率性能。
另一個途徑是系統(tǒng)層面，對電池包進行熱管理。孫華軍介紹，刀片電池在結(jié)構(gòu)上，底層有保溫材料，上層有液冷的熱管理系統(tǒng)，再上層還有保溫棉。
孫華軍說，基于這一套熱管理系統(tǒng)，在冬季實驗過程中，電動汽車續(xù)航能力的表現(xiàn)非常好；夏季實驗中，電池包溫度的均勻性，散熱的能力，也是滿足要求。“總體上，這樣的一個結(jié)構(gòu)，能夠讓我們的電池包適應(yīng)非常寬的溫度范圍?！?/p>
在壽命方面，業(yè)界主流看法磷酸鐵鋰要好過三元。孫華軍拿磷酸鐵鋰和三元811電池對比，優(yōu)勢更加明顯。磷酸鐵鋰可以在5000個充放循環(huán)后，容量保持在80％以上，而三元811電池在2000次左右，就衰減到了80％。
在功率方面，孫華軍沒有對比三元，而是介紹說，刀片電池在33分鐘內(nèi)可以將從10％剩余電量充到80％。放電功率方面，比亞迪漢最大功率可以達到363kW，提供3．9秒的百公里加速能力。
根據(jù)孫華軍的描述，以上性能，其實還是刀片電池1．0的水平。比亞迪還將推出升級產(chǎn)品。
在磷酸鐵鋰的弱項——重量能量密度上，刀片電池還能再提升嗎？
孫華軍介紹，現(xiàn)在刀片電池電池包的能量密度是140Wh／kg，后面能提升到160Wh／kg、170Wh／kg。
會不會采用刀片電池工藝生產(chǎn)三元電池呢？
孫華軍認為，要看消費者的需求。如果續(xù)航600公里、700公里的車推出了，同時充電基礎(chǔ)設(shè)施完備了，消費者沒有里程焦慮，那么磷酸鐵鋰就夠用。如果消費者還是有更高的里程需求，可能就得去用三元。
刀片電池長近1米，是否符合不同車企的電芯選型要求，也是業(yè)界疑問。孫華軍表示，“這個尺寸首先是適用于我們第一代的產(chǎn)品。一旦這個產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)技術(shù)被大家所接受，我們要去擴展很容易的。”
在刀片電池專利中，刀片電池長度可以在600—2000mm之間。他強調(diào)，比亞迪申請專利中提及的產(chǎn)品，都是能夠量產(chǎn)的。他還說，“實際上內(nèi)部也有1米3的方案，可以無縫替換?！?/p>
他也強調(diào)，電芯尺寸也不會太多，“我們新的刀片電池工廠的話，可能會基于不同的尺寸的需求去投建。因為整個工藝技術(shù)大家都打通的，所以相對比較容易一點?！?/p>
那么刀片電池這個結(jié)構(gòu)技術(shù)能否被大家接受呢？孫華軍重復(fù)了此前王傳福的話術(shù)：“幾乎你能想到的所有汽車品牌，都在和我們探討基于刀片電池技術(shù)的合作方案。”
弗迪工廠的一名高層提供的更為確定的信息是，璧山工廠年底實際產(chǎn)量有望達到8Gwh，這些產(chǎn)能都已經(jīng)被預(yù)定出去了。電動汽車觀察家，愛卡汽車
