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做电芯就是做虎皮蛋糕?一起来欧拉电池工厂看看吧!

2019-11-06 09:38

来自 :电动邦

作者 :驱逐舰岛风号

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今天,我受邀参加欧拉电池工厂参观活动。其实作为一名偏技术领域的编辑,大大小小的电池工厂参观活动我也去过不少,比如别克的活动,让我从头到尾了解到一片片电芯是经过何种工序,变成单体、模组和电池的(相关文章点这里);再比如日产的活动,让我了解到了小规模实验室和试装车间是如何工作的(相关文章点这里)。这几次活动都让我受益匪浅。但此次欧拉的活动,却让我了解到了另一个电池生产上的关键问题——电芯是怎么制作的。

(本次活动因厂商要求,无法拍摄图片,希望大家见谅)

■ 蜂巢能源

本次我们参观的“欧拉电池工厂”,实际上是蜂巢易创的工厂,蜂巢易创是一家动力总成和智能互联研发公司,可以理解为长城的零部件公司独立出去,并独立发布新产品。似乎之后长城旗下产品的动力总成都由他们来研发生产和制造,除了燃油车的发动机和变速器外,我在该工厂内看还到了 WEY 、欧拉、长城炮皮卡等车型的电池。

据悉,蜂巢易创拥有超过 16 亿元投入的研发设施建设。正因如此,欧拉也获得了从元素到电池包制造,再到整车制造、梯次回收利用的全产业链布局能力。根据长城的介绍,前面几个环节基本已形成完整的产业链,只是最后的回收利用还在规划和实验阶段。

■ 做电芯就像做虎皮蛋糕?

我惊奇地发现,做电芯类似于做虎皮蛋糕,我们知道做虎皮蛋糕需要先做一层“虎皮”,再做一层蛋糕,然后卷起来就完事了。做电芯也是这样子,不信你看!

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要制作虎皮,你需要准备蛋黄、面粉、白糖,搅拌在一起。这可不是瞎搅拌,对于三者的配比必须烂熟于心,一不小心  做的太甜了可不好。

我们可以把这些看成是三元锂电池的正极材料——镍钴锰。 对于电池比较了解的朋友都知道,“三元锂电池”的“三元”,指的就是正极材料,比如镍钴锰,其中镍是电池活性的关键。我们常提到的“811”电池,表示的是镍钴锰的占比,也就是 8 成镍,1 成钴,1 成锰。与之前的“523”对比,明显是大幅度提升了镍的含量。

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镍钴锰矿石在开采后,会变成粉末来进行搅拌,搅拌就是将活性材料通过真空搅拌机搅拌成浆状。这将直接影响电池的质量和成品合格率。而且该道工序工艺流程复杂,也不是单纯的“开机器搅一搅”,而是对原料配比,混料步骤,搅拌时间等等都有较高的要求。

接着我们需要给虎皮找个载体,就是底下的蛋糕了,虽然你需要自己做这个蛋糕,但在电池工艺上,底下的蛋糕是现成 的,那就是铜箔和铝箔。按照欧拉的说法,这二者的厚度分别仅有 12 μm 和 6 μm

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接着我们把虎皮涂在蛋糕上,做电芯也是这样,但由于这次做的是一千人份的“虎皮电芯”,放在案板上涂显然是不现实的,于是需要引入现代工艺——涂布机。铜箔和铝箔会像织布机上的布一样卷成卷,将镍钴锰粉末均匀地涂在上面,这道工序称为“涂布”。理所应当确保没有颗粒、杂物、粉尘等混入极片。

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▲ 图片并非欧拉电池工厂图片,仅用作展示涂布工艺

接着你需要把的虎皮和蛋糕压一压。让他们结合的更紧一点,不然后面吃起来二者分离可就不好吃了。电芯也是一样,需要把涂上的正极材料压实,这能提升电池的能量密度,保证厚度的一致性。但如果压得过实,极片上方会出现褶皱,找个不恰当的例子解释下这种现象,你用手使劲按一下床单,看看床单边缘会不会皱。对此欧拉特别加入了除皱工艺,据说很多厂家并未加入此工艺。

接着会把涂好的镍钴锰的大块“织布”切片,切成适合自家电池需要的大小,切片的要求大家可以类比自己做饭切土豆片,要的就是大小均匀,避免毛刺。要知道毛刺可能会刺穿隔膜。这倒是跟虎皮蛋糕有所区别,虎皮蛋糕你可以卷完了再切,电芯得先切再卷,不然太大了不好操作。

接着切出极耳,就是电池用来和外部相连的东西。

然后我们把放在一起并压实了的虎皮和蛋糕卷在一起,就做成了我们熟悉的虎皮蛋糕了,但是由于是卷成圆形,如果放入一个方盒子里,卷绕的形态自然是会浪费一些空间的,所以欧拉决定改进工艺,采用千层饼的形式,也就是由卷绕改为堆叠,这能提升单位体积/重量的带电量,变相提升能量密度或电池容量。

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接着灌入电解液,一个美味的电池就做完了。

但是这时候的电池是不带电的,想要他带电,使用前需要激活一下,这个不难理解,你买个新手机拿回来还得充个电不是?

这样电芯就做完了,一个个电芯会成为一个个模组、一个个模组会成为一个个 PACK、一个个 PACK 会搭载在一辆辆车上……这个过程我们之前见的多了,就不多讲了。

■ 大费周章做出了什么电池?

如此费尽心思,成就了欧拉 R1 拥有一组容量为 33 kWh,能量密度 160 Wh/kg 的电池,模组整体设计采用 6 电芯串联,整包电池共有15个模组。单一模组的重量为11.3kg,总能量为2.26kWh,体积能量密度193Wh/L。并采用轻量化设计,能让这个微型车拥有 351 km 的综合续航里程,同级领先。

■ 如何保护这块电池?

这块历尽千辛万苦制造的模组,欧拉也投入了不少精力去保护它,结构设计和 BMS 双管齐下。电池的上壳体采用 SMC 复合材料,具有优异的绝缘性、抗压性、防腐、防爆、防火性能,保证强度安全的前提下实现轻量化设计;下壳体由铝型材 料,在保证强度及刚度的前提下实现下壳体轻量化设计。

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欧拉R1 可以实现碰撞检测、过充保护、短路保护、过温保护、过流保护、主被动泄放、绝缘保护和高压互锁检测等 8 重保护措施。BMS 系统可以对单体电压和总电压进行实时检测,还包括低压供电检测和温度检测,以及发生事故时的电池状态检测,一旦存在风险将会传输信号立刻开启断电保护。

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另外欧拉 R1 还 配备了加热系统,加热膜片位于模组底部,采用串联方式对模组进行加热,大片加热膜内通过硅橡胶压合导线连接,不同加热膜之间通过接插件连接;加热膜片下方采用泡棉支撑。动力电池包采用低温加热和行车加热热管理策略,通过 BMS 设置加热膜启停阈值在模组低温状态时对模组进行加热从而提高充电效率和续航里程。对于北方冬季用车大有裨益。

实验方面欧拉也没少做,满足国标中规定一条龙服务——机械冲击、温度冲击、海水浸泡、高海拔、模拟碰撞、跌落、翻转、挤压、外部火烧、过温保护、盐雾自然跑不了,模拟碰撞、底部球击、踩踏、长时间浸水等其他项目也安排上,更有心的是似乎应用了“场景化”理念,欧拉还模拟车辆碰撞后发生翻转事故得情况,对电池包进行进一步测试。

▲ 模拟碰撞+碰撞后翻转测试试验验证

■ 未来是固态电池的天下?

此次参观活动中,我们还窥见了欧拉乃至长城的电池技术路线,我们知道目前是高镍的时代,长城也不免俗,毕竟长城和欧拉还未铺开 811 电池的应用。再过几年长城会研发低钴或无钴电池,要知道钴矿比较贵,很多整车厂都悄咪咪入股钴矿,比如长城和比亚迪,真是家里有矿。

固态电池这几年也被频频提到,长城也是坚定不移地看好固态电池,但对于未来的规划透露的不是很多,只知道 2020 年底会有初步的一代固态电池而下一代量产固态电池则要到 2030 年了,10 年规划还是比较长远的。

■ 邦点评

其实在本次活动中,我们还简单体验了欧拉 R2 的试装车,这辆车据说会在明年 5 月上市,届时欧拉的电池技术会更上一层楼,比起 R1 ,R2的产品力定然会有不小的提升。无论电池技术多么优秀,它终究是为整车服务的,欧拉 R1 这一年来 通过努力已经走到了细分市场的前列,在整个新能源销量排行榜上也经常出现。让我们期待欧拉 R2上市后的表现,希望它不会辜负背后几千个电池工程师的日夜操劳吧。

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