弗迪廠刀片電池裝配線

比亞迪刀片電池出世之后，引發(fā)無(wú)數(shù)關(guān)注。驚嘆于它的性能之余，很多人都會(huì)疑惑，接近1米長(zhǎng)的電芯，能夠批量生產(chǎn)嗎？

小編受邀參觀了比亞迪在重慶璧山的弗迪電池廠，并和弗迪電池副總經(jīng)理孫華軍交流，了解了刀片電池生產(chǎn)的過(guò)程，及其未來(lái)的技術(shù)方向。

這個(gè)由比亞迪大段自行設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的電池生產(chǎn)線，體現(xiàn)出比亞迪近18年電池研發(fā)生產(chǎn)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，也處處體現(xiàn)出車用動(dòng)力鋰電池的標(biāo)準(zhǔn)。璧山弗迪電池廠年底實(shí)際產(chǎn)量有望達(dá)到8Gwh，據(jù)稱都已經(jīng)被預(yù)定。

1業(yè)界最快疊片速度

從重慶市中心向西駕車一個(gè)多小時(shí)，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(lái)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的主戰(zhàn)場(chǎng)之一。璧山國(guó)家高新區(qū)，也是全國(guó)首批智能化試點(diǎn)示范工業(yè)園區(qū)。

2018年八月，一個(gè)大項(xiàng)目落在了這里——璧山區(qū)與比亞迪簽下了年產(chǎn)20GWh的動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目。項(xiàng)目總投資人民幣100億元，重要包括動(dòng)力鋰電池電芯、模組以及相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)等核心產(chǎn)品制造。

資料來(lái)源：弗迪電池

2019年二月二十二日，項(xiàng)目開(kāi)工。一年之后，廠建成投產(chǎn)。2020年三月，比亞迪通過(guò)一場(chǎng)在線公布會(huì)，將這個(gè)廠的產(chǎn)品——刀片電池介紹給了全世界關(guān)注電動(dòng)汽車的人們。

刀片電池仍然是磷酸鐵鋰離子電池，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(jì)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(méi)有變化。但是每一個(gè)工序的品質(zhì)控制能力、生產(chǎn)效率、高度自動(dòng)化、數(shù)字化，體現(xiàn)出世界最先進(jìn)動(dòng)力鋰電池廠的追求。

突出的特點(diǎn)和工藝有幾個(gè)：

（1）環(huán)境控制

在電池生產(chǎn)過(guò)程中，空氣潔凈度與電池品質(zhì)高度相關(guān)。空氣中包括粉塵、金屬顆粒和水分，都可以說(shuō)是電池安全之?dāng)场Ｊ滓挠质欠蹓m控制，粉塵假如帶入電池，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(wèn)題。

比亞迪為此對(duì)車間整體做了無(wú)塵設(shè)計(jì)，整體是萬(wàn)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵工序達(dá)到了百級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

所謂百級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，孫華軍介紹說(shuō)，一立方米空間內(nèi)，5微米（頭發(fā)絲1／20粗細(xì)）的顆粒不超過(guò)29個(gè)，這達(dá)到了與液晶屏生產(chǎn)車間相同的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）寬幅涂布和輥壓

刀片電池長(zhǎng)96厘米，也就要大概這么長(zhǎng)的極片，涂布和輥壓工藝，都必須支持這個(gè)寬度。

弗迪廠的涂布工藝，支持最大寬度達(dá)130厘米，同時(shí)還是雙面同時(shí)涂布，單位面積涂敷重量偏差小于1％。

弗迪廠寬幅涂布工藝

輥壓工藝中，可以支持120厘米超大寬幅，輥壓速度還能達(dá)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(huì)比兩側(cè)高。為此，弗迪廠的輥壓機(jī)還采用了彎缸工藝，對(duì)軋輥進(jìn)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

相關(guān)于卷繞電芯來(lái)說(shuō)，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(shí)對(duì)齊精度要很高；第三，基于前兩者，一般來(lái)說(shuō)疊片效率要低于卷繞。

比亞迪此前的電池基本都是卷繞。但弗迪廠的刀片電池，采用的是疊片工藝，而且是比亞迪完全獨(dú)立自主開(kāi)發(fā)的設(shè)備和裁切方法。設(shè)計(jì)的疊片速度在0．3s／pcs，廠的介紹說(shuō)，這是業(yè)界最高水平。可惜參觀環(huán)節(jié)不包括疊片工序。

（4）加壓注液

刀片電池這樣一個(gè)狹長(zhǎng)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(fù)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，刀片電池廠是達(dá)到工業(yè)4．0級(jí)別的制造、管理系統(tǒng)，在品控體系上符合IATF16949＆VDA6．3標(biāo)準(zhǔn)。IATF16949國(guó)際汽車工作組的質(zhì)量管理體系，VDA則是德國(guó)汽車工業(yè)聯(lián)合會(huì)制定的德國(guó)汽車工業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。刀片電池廠雖然不說(shuō)自己是車規(guī)級(jí)廠，但各項(xiàng)要求都是對(duì)標(biāo)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的。

2刀片的誕生

這次刀片電池廠的開(kāi)放參觀，也透露了刀片電池的誕生經(jīng)過(guò)。

之所以把電池做長(zhǎng)，是因?yàn)殡姵匕w積能量密度提升的需求。“我們想要把電池包內(nèi)部浪費(fèi)的空間利用起來(lái)。”孫華軍說(shuō)。

將電芯做大、做長(zhǎng)，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(jìn)方法。不過(guò)，要做到將近1米的長(zhǎng)度，很多同行不敢想。“他們基本上都認(rèn)為1米的電池不太可能（做得出）。所以我覺(jué)得這首先還是敢不敢想的問(wèn)題?！睂O華軍說(shuō)。

刀片電池成品

比亞迪如何能實(shí)現(xiàn)？“我覺(jué)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。”

所謂積累，是比亞迪做了18年磷酸鐵鋰離子電池，最近的12年間，不斷往長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)發(fā)展，長(zhǎng)寬比從3．5到3．8，最終達(dá)到10．6、狹長(zhǎng)如刀片的電池設(shè)計(jì)。刀片，不是一天變長(zhǎng)的。

不過(guò)，自設(shè)計(jì)到誕生，比亞迪也花了一年半時(shí)間，包括先做計(jì)算仿真，通過(guò)專家技術(shù)評(píng)審，經(jīng)過(guò)手板樣件、模具樣件、OTS樣件、小批量試制樣件四輪驗(yàn)證測(cè)試，才最終批量生產(chǎn)。

3低溫性能不弱于三元

在三月份的刀片電池公布會(huì)上，比亞迪重要講述刀片電池的高安全性——能通過(guò)針刺測(cè)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(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程也能突破600公里。

不過(guò)，業(yè)界基于磷酸鐵鋰離子電池的特點(diǎn)，對(duì)刀片電池的低溫性能，充電功率等都還有疑問(wèn)。

孫華軍這次對(duì)刀片電池的性能做了全面解析，提出超級(jí)安全、超級(jí)強(qiáng)度、超級(jí)續(xù)航、超級(jí)低溫、超級(jí)壽命和超級(jí)功率六大特點(diǎn)。

安全、強(qiáng)度、續(xù)航在上次公布會(huì)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(rèn)為磷酸鐵鋰離子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(shí)間上比三元略長(zhǎng)；充電功率方面，假如是高電量，磷酸鐵鋰優(yōu)于三元，假如是低電量，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(méi)有供應(yīng)和三元的比較。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(shuō)超出預(yù)期，原因何在？

孫華軍解釋，解決低溫性能，重要兩個(gè)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(jiàn)的解決方法。一般認(rèn)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(gè)途徑是系統(tǒng)層面，對(duì)電池包進(jìn)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(shuō)，基于這一套熱管理系統(tǒng)，在冬季實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力的表現(xiàn)非常好；夏季實(shí)驗(yàn)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(gè)結(jié)構(gòu)，能夠讓我們的電池包適應(yīng)非常寬的溫度范圍。”

在壽命方面，業(yè)界主流看法磷酸鐵鋰要好過(guò)三元。孫華軍拿磷酸鐵鋰和三元811電池比較，優(yōu)勢(shì)更加明顯。磷酸鐵鋰可以在5000個(gè)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(méi)有比較三元，而是介紹說(shuō)，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(dá)到363kW，供應(yīng)3．9秒的百公里加速能力。

首款搭載刀片電池的車型比亞迪漢EV

根據(jù)孫華軍的描述，以上性能，其實(shí)還是刀片電池1．0的水平。比亞迪還將推出升級(jí)產(chǎn)品。

在磷酸鐵鋰的弱項(xiàng)——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(huì)不會(huì)采用刀片電池工藝生產(chǎn)三元電池呢？

孫華軍認(rèn)為，要看消費(fèi)者的需求。假如續(xù)航600公里、700公里的車推出了，同時(shí)充電基礎(chǔ)設(shè)施完備了，消費(fèi)者沒(méi)有里程焦慮，那么磷酸鐵鋰就夠用。假如消費(fèi)者還是有更高的里程需求，可能就得去用三元。

刀片電池長(zhǎng)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(wèn)。孫華軍表示，“這個(gè)尺寸首先是適用于我們第一代的產(chǎn)品。一旦這個(gè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)技術(shù)被大家所接受，我們要去擴(kuò)展很容易的。”

在刀片電池專利中，刀片電池長(zhǎng)度可以在600—2000mm之間。他強(qiáng)調(diào)，比亞迪申請(qǐng)專利中提及的產(chǎn)品，都是能夠量產(chǎn)的。他還說(shuō)，“實(shí)際上內(nèi)部也有1米3的方法，可以無(wú)縫替換?！?/p>

他也強(qiáng)調(diào)，電芯尺寸也不會(huì)太多，“我們新的刀片電池廠的話，可能會(huì)基于不同的尺寸的需求去投建。因?yàn)檎麄€(gè)工藝技術(shù)大家都打通的，所以相比較較容易一點(diǎn)。”

那么刀片電池這個(gè)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)的合作方法?！?/p>

弗迪廠的一名高層供應(yīng)的更為確定的信息是，璧山廠年底實(shí)際產(chǎn)量有望達(dá)到8Gwh，這些產(chǎn)量都已經(jīng)被預(yù)定出去了。