一塊掌握安全核心科技的電池是如何誕生的

鋰電池是科技的產物。這句話背後折射出的是,鋰電池的發展與傳統制造業在工業4。0、工業網際網路、物聯網、雲計算等熱潮下開展智慧生產建設實踐高度同步。

天能從2006年開始佈局鋰電產業,大踏步向輕型電動車鋰電關鍵技術演進與前沿科技探路,天能的目標是要依託全球技術合作與數字化智慧升級,構建鋰電全渠道設計、開發、生產與營銷的全方位應用平臺,不斷提升自身鋰電驅動力。

一塊掌握安全核心科技的電池是如何誕生的

在鋰電池生產過程中,最能明顯體現自動化與智慧化特徵的,是電池系統最小單元——電芯的生產過程。

今天就讓我們走進國家工信部認定的天能鋰電智慧生產車間,近距離了解高能、安全的電芯是如何誕生的。

混漿——以活性材料製漿,是電池正負極材料的源頭

混漿指的是將正負極活性料、導電劑、粘結劑及分散劑按照一定配比進行混合攪拌的過程,是電芯生產的第一道工序,可以細分為上料和混料,該道工序質量控制的好壞,將直接影響成品電池的質量。

上料和混料對原材料的配比十分講究,為保證精準度和一致性,天能對裝置做了智慧化升級,能實現全自動上料、自動稱重並計量,精度高達萬分之三。裝置採用的高速分散核心工藝技術,轉速達4500轉/分鐘,並且透過全密閉管道進行輸送,嚴格控制粉塵,確保漿料均一性以及增強了漿料輸送過程的安全環保。

塗布——將漿料塗在銅箔上,用於製造電池正負極極片

從工藝流程來看,塗布是電芯製備過程中的關鍵工序,塗布的均勻性、一致性、對齊性、烘烤穩定、粘結劑擴散性、面密度穩定性等都與此息息相關,塗布質量的好壞直接關係到電池質量的優劣。

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天能採用的是全球領先的雙層噴塗技術,速度達70m/min,是傳統轉移塗布機的10倍。塗布過程中採用美國進口beta-ray自動測厚儀用β射線線上自動測試塗片面密度,實現厚度自動檢測並自動調整塗布面密度功能,達到極片密度均一性。

輥壓——把正負極材料壓得更緊密

輥壓是透過輥將附著有正負極材料的極片進行碾壓,一方面讓塗覆的材料更緊密,提升能量密度,保證厚度的一致性,另一方面也會進一步管控粉塵和溼度。

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天能的滾壓裝置採用萬向節驅動方式,機械速度達100m/min,是傳統輥壓機的三倍以上。裝置具有自動檢測及調整功能,輥壓精度控制在2微米以內,滾壓精度提高了一倍以上,消除極片的毛刺,並確保極片厚度均一性。

分切——將極片切成規定的尺寸

天能採用的是片刀分切方式,精度控制在0。1mm以內,並配置了線上CCD檢測、自動貼標、不良品自動記錄、邊緣毛刺管控等功能,確保極片質量的穩定性、安全性。

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卷繞——形成電芯形狀的雛形

卷繞是將分切後極片卷繞成規定厚度的圓柱形卷芯,卷繞完成後,圓柱電芯的雛形已經具備。天能在卷繞環節採用三軸卷繞技術,集製片、卷繞、測短路為一體,提高生產效率的同時,能最大程度地確保了電芯的安全性和一致性。

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此外需要一提的是,分切後的極片在進入卷繞工序前,通常會先進行烘烤,目的是將極片中的水分烘乾至指定值,杜絕出現因水分子含量超標影響電池使命安全的現象。

裝載——為卷芯供料並作不良檢測

透過智慧裝載機,實現卷芯條碼自動識別功能,對卷芯外徑自動檢測,不良卷芯自動剔除,確保進入下一道工序的都是合格的卷芯。

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入殼——將卷芯裝入鋼殼並放入墊片

自動入殼機可以將完成供料後的卷芯放入鋼殼,並完成絕緣墊片的自動衝切、定位、安裝、檢查流程。裝置具有自動鋼殼定位功能,合格率高達99。5%以上。

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負極耳焊接——完成負極片與鋼殼的連線

該工序是透過焊接機將負極耳與鋼殼底部焊緊。裝置採用了日本進口的米亞基焊機,具有加壓和電流跟蹤功能,確保焊接強度的穩定一致。

插入中心針——提升電芯使用的安全性

中心針在國內只有極少公司使用,目的是提升電池導熱功能和上下通氣功能,避免通氣孔被阻塞,確保過程安全。中心針插入前後,中心孔自動整形,透過連線裝置的系統自動檢測電芯狀態,排查並剔除不良品。

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滾槽——提升電芯使用的安全性

滾槽的目的是在電芯正極處壓出滾槽,便於後續封口。天能用於電芯生產的滾槽機採用凸輪結構方式,效率高、精度準,可以自動檢測滾槽高度、槽高及外徑,精度控制在0。05mm以內,確保了產品尺寸的一致性。

X-ray檢測——從生產源頭減少缺陷產品的流出

利用x射線檢測每隻電芯的內部結構,包括上下部極片對齊度、中心針插入高度、滾槽高度、寬度,電池頭部高度等,檢測精度達±0。05mm。

注液——將電解液倒入電池內部

注液後的電芯具備了電子在正負極間傳導的條件,而電解液注入量有著嚴格的規定,量度精準與否將直接關係到電池的實際使用效能的優劣。天能使用的注液機採用真空加壓迴圈的注液方式,極片浸潤效果好、速度快、精度高。同時,注液資料可自動儲存,便於查詢。

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正極耳焊接——完成正極片與鋼殼的連線

該步驟是電芯成型的關鍵步驟之一。天能所使用的鐳射焊焊接機採用的是當前國際最先進的鐳射焊技術及振鏡方式,透過影片檢測極耳位置和焊接狀況,確保焊接質量。

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壓蓋帽與供料採用振動盤方式,入料方便。每隻電池用測力感測器自動檢查焊接質量,利用數字感測器檢測電池高度,從而判別蓋帽位置是否正確。

封口——一隻完整的電芯誕生了

封口所用的封口機採用的是蹲封方式,可以控制電池高度,並用變位感測器全檢,利用視覺檢查系統檢測電池外徑,精度控制在±0。05mm。

密封性檢查——電芯製作工藝的最後一道工序

為確保電芯在後續使用過程中的效能與安全,密封性檢查是必不可少的環節。天能採用密封性檢查機以正壓力方式測試每隻電池的密封效能,僅需1。5秒即可完成對一隻電池的精準檢測。

結語

經過以上一系列智慧化加工工藝和檢測流程後,一隻效能、安全皆有保障的電芯宣告誕生。但是距離能夠作為動力源裝入電動車內使用,還需經歷清洗、pack組裝、化成、電壓與內阻測試等多個環節。

值得一提的是,天能鋰電為了把控在日常使用時的質量和品質,所有的成品電池和電芯都有自己獨一無二的編碼,如果未來那塊電池甚至那顆電芯出現故障,可以追溯到那條生產線甚至那一批原料。

在天能鋰電的智慧生產車間,隨處可見安全生產的標語,這既是在提醒所有職工生產安全的重要性,更是在強調要將生產出一款安全性領先的產品作為必須達成的任務。新能源行業在創新中快速發展,外部形勢在變,科學技術在變,生產工藝在變,萬變不離其宗的,永遠是對產品品質的嚴苛要求。

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