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比亞迪刀片電池"進化論"

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2022年06月27日  

"把‘自燃’這個詞,從新能源汽車的字典里徹底抹掉!"3個月前,比亞迪集團董事長兼總裁王傳福,在旗下產品刀片電池的線上公布會上放出狠話,同時公布了一段比較三種電池針刺試驗的"烤雞蛋"視頻,以"安全"為牌叫板三元鋰電池,令持續已久的電池技術路線之爭再度升溫。


3個月后的六月初,在比亞迪最新建成投產的弗迪電池廠內,《我國汽車報》記者得以一窺刀片電池真容,探秘其研發和生產過程。


位于重慶璧山區的弗迪電池廠是目前刀片電池唯一的生產基地,廠總投資100億元,占地1500畝,規劃年產量20GWH。自2019年二月開工,到2020年三月刀片電池正式推出,僅1年時間,就從一片空地變身一個擁有精益化、自動化、信息化制造管理系統的專家級廠。這里的產線和生產設備隱藏著多項比亞迪自創的核心技術,更為之增添神秘感。


?自主創新"八大工藝"


一塊刀片電池若要"煉成",須在無塵、恒溫、干燥環境下,通關"八大工藝"——配料、涂布、輥壓、疊片、裝配、烘烤、注液、檢測,層層不容疏漏,才能使原材料實現從電池漿料,到電池極片,再到電池極芯,最后到刀片電池的蛻變。


"刀片電池對生產環境的要求極為苛刻。"比亞迪弗迪電池公司副總經理孫華軍在帶領參觀時告訴記者,以無塵為例,為了最大程度降低電池短路率,比亞迪提出了粉塵分級管控概念,在一些關鍵工序上,能夠做到一立方米空間內,5微米(頭發絲1/20粗細)的顆粒不超過29個,達到和液晶屏生產車間相同的標準。而遍布生產車間、工序、條線的高精度傳感器,數以百計的機器人,以及符合IATF16949&VDA6.3控制標準的品控體系等,造就了工業4.0級別的制造、管理系統,使得廠房設備硬件的自動化,設備和設備之間的信息化,控制層面的智能化,成為刀片電池生產高效、品質穩定的堅實"后盾"。


嚴苛的環境和硬件條件,是確保刀片電池高安全性的基礎。而生產刀片電池更大的難點和亮點,重要集中在"八大工藝"上。


"比如疊片,近1米長的電池極片,能夠將公差控制在±0.3mm以內、單片疊片效率控制在0.3s/pcs的精度和速度,這在國際上都屬于首創。整個疊片工藝采用的是比亞迪完全獨立自主開發的設備和裁切方法,這是其他公司想抄都抄不來的。"孫華軍說。


除疊片之外,其他工藝環節也是環環有亮點、處處有領先。例如,配料系統的精度在0.2%以內;雙面同時涂布,涂布最大寬度達1300mm、單位面積涂敷重量偏差小于1%;1200mm超大幅寬的輥壓速度可達120m/min,厚度控制2μm以內,確保寬尺寸極片厚度的一致性;裝配時的檢測及定位精度±0.05mm裝配偏差<±0.5mm,可實現0.2mm超薄鋁殼的焊接;接觸式加熱烘烤,可以使水分控制在0.01%以下,溫度波動≤0.5℃;注液量偏差≤±5‰,且實現注液浸潤同步進行,讓電解液充分吸收;全自動化檢測系統可自動將組盤后電池通過滾筒線、提升機或堆垛機送入不同庫位或不同設備,自動完成化成,充放電,分容,自放電等后段的工藝操作,漏檢率為0……


?硬核實力"六個超級"


在八大工藝創新的基礎上,刀片電池實現了對磷酸鐵鋰電池這一"物種"的進化,展現了由6S技術理念(六個超級)形成的競爭優勢。


首當其沖的就是"超級安全"。相比磷酸鐵鋰電池,三元鋰電池天生熱穩定性較差,在啟動時溫度相對低,容易發生材料分解并出現氧,且放熱速率和總放熱量較高。近年屢屢發生的自然事故,讓業界逐漸意識到,盲目追求電動汽車續駛里程而輕視電池安全,新能源汽車行業有可能會跑偏。


"在500℃的溫度下,磷酸鐵鋰材料結構非常穩定,但三元鋰材料在200℃左右就會發生分解,且化學反應較劇烈,會釋放氧分子,更容易引發熱失控。"孫華軍說。于是,刀片電池的"超級安全"成為其PK三元鋰電池最大的撒手锏。


此次,在眾多媒體記者好奇的目光下,比亞迪現場演示了一次針刺三元鋰電池和刀片電池的全過程。密閉環境中,針刺三元電池時,伴隨著一次劇烈的響聲,電池瞬間爆炸,火星四濺。從檢測數據來看,三元鋰電池的表面溫度迅速攀升至500℃以上。而在同等條件下針刺刀片電池時,電池瞬間刺穿,但表面并無冒煙、自燃跡象,且僅有較低程度的升溫變化。


孫華軍介紹,除了"超級安全",比亞迪刀片電池還具備超級強度、超級續航、超級低溫、超級壽命和超級功率共六項"超級優勢"。其中,結構創新發揮了關鍵用途。


和過去電池包按照"電池-模組-整包"組裝模式不同,刀片電池采用堪稱顛覆式的結構創新,將長96厘米、寬9厘米、高1.35厘米的單體電池,通過陣列方式排布在一起,像"刀片"相同插入電池包里,在成組時跳過模組和梁,減少冗余零部件后,形成類似蜂窩鋁板的結構,將體積利用率提升了50%以上,在實現電池超級強度的同時,提升了安全性,減輕了車重,降低了能耗。


"今年刀片電池將首先搭載在漢EV上,使其續駛里程達到600公里。未來2~3年,通過材料、空間的持續升級,我們有望將其能量密度提升至170Wh/kg,進一步挖掘磷酸鐵鋰電池的潛力,使續駛里程提升至700~800公里,可媲美三元鋰電池。"孫華軍向記者補充說,因為材料結構和穩定性更好,刀片電池可以保證8年甚至更長時間,50萬公里甚至100萬公里更長里程的使用,循環壽命折算里程數遠大于整車使用年限要求,有利于將來的回收利用。


"每塊刀片電池還有專屬‘身份證’,未來產品在使用期間的各項數據將為我們持續改進工藝、完善產品供應重要參考。"孫華軍稱,弗迪電池重慶廠只是刀片電池的全球首個廠,隨著產量不斷擴大,刀片電池將向整個新能源汽車行業開放共享。據透露,今年弗迪電池廠計劃產量為10GWh,隨著市場需求量增大,除重慶基地外,比亞迪將在長沙、貴陽等新規劃基地進行刀片電池生產線擴建。預計在明年或后年,刀片電池還將在比亞迪以外的國際知名品牌上搭載使用。

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