寧德時代：引領(lǐng)電池革命的生產(chǎn)工藝

近幾年，寧德時代電池出貨量高居榜首，其電池工廠更是被世界經(jīng)濟論壇評為燈塔工廠。那么，跟隨我的腳步，一起探索寧德時代電池工廠的秘密吧。

2023年12月14日，世界經(jīng)濟論壇（WEF）公布最新一批“燈塔工廠”名單，寧德時代溧陽基地成功入選。這是繼寧德基地、宜賓基地后，寧德時代獲評的第三座“燈塔工廠”。目前全球鋰電行業(yè)僅有的3座“燈塔工廠”，均來自寧德時代。

寧德時代宜賓基地

寧德時代溧陽基地

一、鋰電池結(jié)構(gòu)

鋰電池主要由5大組成部分:正極、負極、隔膜、電解液和外殼 。因生產(chǎn)工藝和外包裝不同,鋰離子電池可呈現(xiàn)多種外觀形態(tài),常見的外觀形態(tài)有圓柱形、方形和軟包裝；按電池卷芯結(jié)構(gòu)不同可分為卷繞式和疊片式。

寧德時代生產(chǎn)的電池主要有三種形態(tài)：圓柱形、方形和軟包形。其中，圓柱形電池主要應用于特斯拉的Model 3車型，方形電池則廣泛應用在市場上超過九成的純電動車型中。此外，寧德時代也在研究其他新型電池，如凝聚態(tài)電池等。

二、鋰電池生產(chǎn)車間環(huán)境要求

干燥房是利用除濕機把房間里的空氣濕度降低到一定需求范圍內(nèi)的房間。

鋰電池材料中的水分含量是電芯中水分的主要來源之一，而且環(huán)境濕度越大，電池材料越容易吸收空氣中的水分。反之，環(huán)境濕度控制越好，電池材料吸收空氣中水分的能力越有限。鋰電池干燥房可以防止水分對鋰電池的影響，鋰電池生產(chǎn)線是在干燥房內(nèi)進行。

三、鋰電池生產(chǎn)工藝

鋰電池生產(chǎn)工序繁多，工藝復雜，“人、機、料、法、環(huán)”任何一點出現(xiàn)失誤，都會降低鋰離子電池的可靠性。需要嚴格控制每一道工序，以確保獲得合格的產(chǎn)品。

電芯生產(chǎn)工藝

1. 攪拌

攪拌就是將活性材料通過真空攪拌機攪拌成漿狀。這是電池生產(chǎn)的第一道工序，該道工序質(zhì)量控制的好壞，將直接影響電池的質(zhì)量和成品合格率。而且該道工序工藝流程復雜，對原料配比，混料步驟，攪拌時間等等都有較高的要求。

時下的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰等。負極材料一般都是碳素材料，如石墨就是應用最廣泛的負極材料。這兩種材料需要在攪拌機中攪拌成漿狀。

寧德時代的攪拌車間對粉塵嚴格管控，此外，在攪拌的這一過程中需要嚴格控制粉塵，以防止粉塵對電池一致性產(chǎn)生影響，在寧德時代的生產(chǎn)車間對粉塵的管控水平相當于醫(yī)藥級別。

2. 涂布

涂布是將攪拌好的漿料涂抹在銅箔和鋁箔上。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。否則會導致電池放電過快，甚至會出現(xiàn)安全隱患。

3. 切分

切分分為預分切和分條。

首先在碾壓車間里，通過輥將附著有正負極材料的極片進行碾壓。冷壓就是將鋁箔上的正負極材料壓緊壓實，這對提升能量密度很重要，將冷壓后的極片根據(jù)需要生產(chǎn)電池的尺寸進行分切，并充分管控毛刺（這里的毛刺只能在顯微鏡下看清楚了）的產(chǎn)生，這樣做的目的是避免毛刺扎穿隔膜，產(chǎn)生嚴重的安全隱患。

然后使用模切機形成電芯用的導電極耳，再通過切刀對電池極片進行分切。

4. 卷繞或堆疊

將電池的正極片、負極片、隔離膜以卷繞或堆疊的方式組合成裸電芯。其中，先進的CCD視覺檢測設(shè)備可實現(xiàn)自動檢測及自動糾偏，確保電芯極片不錯位。有了CCD視覺檢測設(shè)備的輔助，CATL寧德時代的電池生產(chǎn)車間在國際上屬于自動化程度最高的電池生產(chǎn)車間之一。

5. 焊接

對電芯進行正負極的焊接。對焊接好的電芯進行氣密性檢測，確保電芯密封良好。

6. 烘焙與注液

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

注液工序是往電芯內(nèi)注入電解液并加隔膜進行包裹。電解液的注入量是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，如果電解液注入量過大，會導致電池發(fā)熱甚至直接失效，如果注入量過小，則又影響電池的循環(huán)性。

7. 化成測試

化成是對注液后的電芯進行激活的過程，通過充放電使電芯內(nèi)部發(fā)生化學反應形成SEI膜（SEI膜：是鋰電池首次循環(huán)時由于電解液和負極材料在固液相間層面上發(fā)生反應，所以會形成一層鈍化膜，就像給電芯鍍了一層面膜。），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。將電芯的性能激活，還要經(jīng)過X-ray監(jiān)測、絕緣監(jiān)測、焊接監(jiān)測，容量測試等一系列“體檢過程”。化成工序當中還包括，對電芯“激活”后第二次灌注電解液、稱重、注液口焊接、氣密性檢測；自放電測試高溫老化及靜置保證了產(chǎn)品性能。

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

電池模組生產(chǎn)工藝

1. 上料

將電芯傳送到制定位置，機械手自動抓取送入模組裝配線。在寧德時代的車間內(nèi)從自動搬運材料到為設(shè)備喂料100%實現(xiàn)了自動化。

2. 清洗

對每個電芯表面進行清洗，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。

3. 電芯組裝

電芯組裝前，需要表面涂膠。涂膠的作用除了固定作用之外，還能起到絕緣和散熱的目的。寧德時代采用國際上最先進的高精度的涂膠設(shè)備以及機械手協(xié)作，可以以設(shè)定軌跡涂膠，同時實時監(jiān)控涂膠質(zhì)量，確保涂膠品質(zhì)，進一步提升了每組不同電池模組的一致性。

4. 焊接

電池模組多采用鋁制端板和側(cè)板焊接而成，通過機器人進行層壓和端板、側(cè)板焊接處理。

5. 線束隔離板裝配

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

6. 激光焊接

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

7. 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。標準化的模組設(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)最佳適合空間和預定位置。

四、寧德時代——極限制造

據(jù)了解，在寧德時代，每條生產(chǎn)線1分鐘可生產(chǎn)150個電芯，每天更有超過140萬個電芯誕生，生產(chǎn)成本降低42%，生產(chǎn)節(jié)拍縮短50%。

這么快的生產(chǎn)速度是怎么做到的？

為了應對日益復雜的制造工藝和滿足高質(zhì)量的產(chǎn)品需求，寧德時代在2020年提出了“極限制造”理念。寧德時代運用ABCDEFG七大智能制造使能技術(shù)（A-人工智能、B-大數(shù)據(jù)、C-云計算、D-數(shù)字孿生、E-邊緣計算、F-射頻技術(shù)、G-5G），建立了極限制造體系架構(gòu)，打造以智能制造平臺為核心，多平臺多系統(tǒng)深度交互的工業(yè)化和信息化融合生態(tài)平臺，支撐極限制造目標的實現(xiàn)。

依托于人工智能、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)，寧德時代建立起極限制造體系，在極復雜的工藝流程下以更快的生產(chǎn)速度生產(chǎn)出高質(zhì)量的電池產(chǎn)品。通過基于模型的過程智能管控及全流程多模態(tài)智能檢測系統(tǒng)，在大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法的支持下，寧德時代將缺陷率從PPM（百萬分之一）級別降低到PPB（十億分之一）級別。

參考來源：

1.劉芬等.鋰離子電池主要生產(chǎn)工序及控制點

2.揭秘寧德時代燈塔工廠：每組電池生產(chǎn)耗時1.7秒，缺陷率僅有十億分之一！怎么做到的？.CHINAPLAS國際橡塑展

3.走進寧德時代（CATL）生產(chǎn)線，每個工序都不要錯過！.金屬加工

4.寧德時代官網(wǎng)、官微，新華日報等

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