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做電芯就是做虎皮蛋糕?一起來(lái)歐拉電池工廠看看吧!
來(lái)自:電動(dòng)邦
作者:驅(qū)逐艦島風(fēng)號(hào)
2019-11-06 09:38:00
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今天,我受邀參加歐拉電池工廠參觀活動(dòng)。其實(shí)作為一名偏技術(shù)領(lǐng)域的編輯,大大小小的電池工廠參觀活動(dòng)我也去過(guò)不少,比如別克的活動(dòng),讓我從頭到尾了解到一片片電芯是經(jīng)過(guò)何種工序,變成單體、模組和電池的(相關(guān)文章點(diǎn)這里);再比如日產(chǎn)的活動(dòng),讓我了解到了小規(guī)模實(shí)驗(yàn)室和試裝車間是如何工作的(相關(guān)文章點(diǎn)這里)。這幾次活動(dòng)都讓我受益匪淺。但此次歐拉的活動(dòng),卻讓我了解到了另一個(gè)電池生產(chǎn)上的關(guān)鍵問(wèn)題——電芯是怎么制作的。

(本次活動(dòng)因廠商要求,無(wú)法拍攝圖片,希望大家見(jiàn)諒)

■ 蜂巢能源

本次我們參觀的“歐拉電池工廠”,實(shí)際上是蜂巢易創(chuàng)的工廠,蜂巢易創(chuàng)是一家動(dòng)力總成和智能互聯(lián)研發(fā)公司,可以理解為長(zhǎng)城的零部件公司獨(dú)立出去,并獨(dú)立發(fā)布新產(chǎn)品。似乎之后長(zhǎng)城旗下產(chǎn)品的動(dòng)力總成都由他們來(lái)研發(fā)生產(chǎn)和制造,除了燃油車的發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器外,我在該工廠內(nèi)看還到了 WEY 、歐拉、長(zhǎng)城炮皮卡等車型的電池。

據(jù)悉,蜂巢易創(chuàng)擁有超過(guò) 16 億元投入的研發(fā)設(shè)施建設(shè)。正因如此,歐拉也獲得了從元素到電池包制造,再到整車制造、梯次回收利用的全產(chǎn)業(yè)鏈布局能力。根據(jù)長(zhǎng)城的介紹,前面幾個(gè)環(huán)節(jié)基本已形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈,只是最后的回收利用還在規(guī)劃和實(shí)驗(yàn)階段。

■ 做電芯就像做虎皮蛋糕?

我驚奇地發(fā)現(xiàn),做電芯類似于做虎皮蛋糕,我們知道做虎皮蛋糕需要先做一層“虎皮”,再做一層蛋糕,然后卷起來(lái)就完事了。做電芯也是這樣子,不信你看!

要制作虎皮,你需要準(zhǔn)備蛋黃、面粉、白糖,攪拌在一起。這可不是瞎攪拌,對(duì)于三者的配比必須爛熟于心,一不小心  做的太甜了可不好。

我們可以把這些看成是三元鋰電池的正極材料——鎳鈷錳。 對(duì)于電池比較了解的朋友都知道,“三元鋰電池”的“三元”,指的就是正極材料,比如鎳鈷錳,其中鎳是電池活性的關(guān)鍵。我們常提到的“811”電池,表示的是鎳鈷錳的占比,也就是 8 成鎳,1 成鈷,1 成錳。與之前的“523”對(duì)比,明顯是大幅度提升了鎳的含量。

鎳鈷錳礦石在開(kāi)采后,會(huì)變成粉末來(lái)進(jìn)行攪拌,攪拌就是將活性材料通過(guò)真空攪拌機(jī)攪拌成漿狀。這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(fù)雜,也不是單純的“開(kāi)機(jī)器攪一攪”,而是對(duì)原料配比,混料步驟,攪拌時(shí)間等等都有較高的要求。

接著我們需要給虎皮找個(gè)載體,就是底下的蛋糕了,雖然你需要自己做這個(gè)蛋糕,但在電池工藝上,底下的蛋糕是現(xiàn)成 的,那就是銅箔和鋁箔。按照歐拉的說(shuō)法,這二者的厚度分別僅有 12 μm 和 6 μm

接著我們把虎皮涂在蛋糕上,做電芯也是這樣,但由于這次做的是一千人份的“虎皮電芯”,放在案板上涂顯然是不現(xiàn)實(shí)的,于是需要引入現(xiàn)代工藝——涂布機(jī)。銅箔和鋁箔會(huì)像織布機(jī)上的布一樣卷成卷,將鎳鈷錳粉末均勻地涂在上面,這道工序稱為“涂布”。理所應(yīng)當(dāng)確保沒(méi)有顆粒、雜物、粉塵等混入極片。

▲ 圖片并非歐拉電池工廠圖片,僅用作展示涂布工藝

接著你需要把的虎皮和蛋糕壓一壓。讓他們結(jié)合的更緊一點(diǎn),不然后面吃起來(lái)二者分離可就不好吃了。電芯也是一樣,需要把涂上的正極材料壓實(shí),這能提升電池的能量密度,保證厚度的一致性。但如果壓得過(guò)實(shí),極片上方會(huì)出現(xiàn)褶皺,找個(gè)不恰當(dāng)?shù)睦咏忉屜逻@種現(xiàn)象,你用手使勁按一下床單,看看床單邊緣會(huì)不會(huì)皺。對(duì)此歐拉特別加入了除皺工藝,據(jù)說(shuō)很多廠家并未加入此工藝。

接著會(huì)把涂好的鎳鈷錳的大塊“織布”切片,切成適合自家電池需要的大小,切片的要求大家可以類比自己做飯切土豆片,要的就是大小均勻,避免毛刺。要知道毛刺可能會(huì)刺穿隔膜。這倒是跟虎皮蛋糕有所區(qū)別,虎皮蛋糕你可以卷完了再切,電芯得先切再卷,不然太大了不好操作。

接著切出極耳,就是電池用來(lái)和外部相連的東西。

然后我們把放在一起并壓實(shí)了的虎皮和蛋糕卷在一起,就做成了我們熟悉的虎皮蛋糕了,但是由于是卷成圓形,如果放入一個(gè)方盒子里,卷繞的形態(tài)自然是會(huì)浪費(fèi)一些空間的,所以歐拉決定改進(jìn)工藝,采用千層餅的形式,也就是由卷繞改為堆疊,這能提升單位體積/重量的帶電量,變相提升能量密度或電池容量。

接著灌入電解液,一個(gè)美味的電池就做完了。

但是這時(shí)候的電池是不帶電的,想要他帶電,使用前需要激活一下,這個(gè)不難理解,你買個(gè)新手機(jī)拿回來(lái)還得充個(gè)電不是?

這樣電芯就做完了,一個(gè)個(gè)電芯會(huì)成為一個(gè)個(gè)模組、一個(gè)個(gè)模組會(huì)成為一個(gè)個(gè) PACK、一個(gè)個(gè) PACK 會(huì)搭載在一輛輛車上……這個(gè)過(guò)程我們之前見(jiàn)的多了,就不多講了。

■ 大費(fèi)周章做出了什么電池?

如此費(fèi)盡心思,成就了歐拉 R1 擁有一組容量為 33 kWh,能量密度 160 Wh/kg 的電池,模組整體設(shè)計(jì)采用 6 電芯串聯(lián),整包電池共有15個(gè)模組。單一模組的重量為11.3kg,總能量為2.26kWh,體積能量密度193Wh/L。并采用輕量化設(shè)計(jì),能讓這個(gè)微型車擁有 351 km 的綜合續(xù)航里程,同級(jí)領(lǐng)先。

■ 如何保護(hù)這塊電池?

這塊歷盡千辛萬(wàn)苦制造的模組,歐拉也投入了不少精力去保護(hù)它,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和 BMS 雙管齊下。電池的上殼體采用 SMC 復(fù)合材料,具有優(yōu)異的絕緣性、抗壓性、防腐、防爆、防火性能,保證強(qiáng)度安全的前提下實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì);下殼體由鋁型材 料,在保證強(qiáng)度及剛度的前提下實(shí)現(xiàn)下殼體輕量化設(shè)計(jì)。

歐拉R1 可以實(shí)現(xiàn)碰撞檢測(cè)、過(guò)充保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、主被動(dòng)泄放、絕緣保護(hù)和高壓互鎖檢測(cè)等 8 重保護(hù)措施。BMS 系統(tǒng)可以對(duì)單體電壓和總電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),還包括低壓供電檢測(cè)和溫度檢測(cè),以及發(fā)生事故時(shí)的電池狀態(tài)檢測(cè),一旦存在風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)傳輸信號(hào)立刻開(kāi)啟斷電保護(hù)。

另外歐拉 R1 還 配備了加熱系統(tǒng),加熱膜片位于模組底部,采用串聯(lián)方式對(duì)模組進(jìn)行加熱,大片加熱膜內(nèi)通過(guò)硅橡膠壓合導(dǎo)線連接,不同加熱膜之間通過(guò)接插件連接;加熱膜片下方采用泡棉支撐。動(dòng)力電池包采用低溫加熱和行車加熱熱管理策略,通過(guò) BMS 設(shè)置加熱膜啟停閾值在模組低溫狀態(tài)時(shí)對(duì)模組進(jìn)行加熱從而提高充電效率和續(xù)航里程。對(duì)于北方冬季用車大有裨益。

實(shí)驗(yàn)方面歐拉也沒(méi)少做,滿足國(guó)標(biāo)中規(guī)定一條龍服務(wù)——機(jī)械沖擊、溫度沖擊、海水浸泡、高海拔、模擬碰撞、跌落、翻轉(zhuǎn)、擠壓、外部火燒、過(guò)溫保護(hù)、鹽霧自然跑不了,模擬碰撞、底部球擊、踩踏、長(zhǎng)時(shí)間浸水等其他項(xiàng)目也安排上,更有心的是似乎應(yīng)用了“場(chǎng)景化”理念,歐拉還模擬車輛碰撞后發(fā)生翻轉(zhuǎn)事故得情況,對(duì)電池包進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試。

▲ 模擬碰撞+碰撞后翻轉(zhuǎn)測(cè)試試驗(yàn)驗(yàn)證

■ 未來(lái)是固態(tài)電池的天下?

此次參觀活動(dòng)中,我們還窺見(jiàn)了歐拉乃至長(zhǎng)城的電池技術(shù)路線,我們知道目前是高鎳的時(shí)代,長(zhǎng)城也不免俗,畢竟長(zhǎng)城和歐拉還未鋪開(kāi) 811 電池的應(yīng)用。再過(guò)幾年長(zhǎng)城會(huì)研發(fā)低鈷或無(wú)鈷電池,要知道鈷礦比較貴,很多整車廠都悄咪咪入股鈷礦,比如長(zhǎng)城和比亞迪,真是家里有礦。

固態(tài)電池這幾年也被頻頻提到,長(zhǎng)城也是堅(jiān)定不移地看好固態(tài)電池,但對(duì)于未來(lái)的規(guī)劃透露的不是很多,只知道 2020 年底會(huì)有初步的一代固態(tài)電池而下一代量產(chǎn)固態(tài)電池則要到 2030 年了,10 年規(guī)劃還是比較長(zhǎng)遠(yuǎn)的。

■ 邦點(diǎn)評(píng)

其實(shí)在本次活動(dòng)中,我們還簡(jiǎn)單體驗(yàn)了歐拉 R2 的試裝車,這輛車據(jù)說(shuō)會(huì)在明年 5 月上市,屆時(shí)歐拉的電池技術(shù)會(huì)更上一層樓,比起 R1 ,R2的產(chǎn)品力定然會(huì)有不小的提升。無(wú)論電池技術(shù)多么優(yōu)秀,它終究是為整車服務(wù)的,歐拉 R1 這一年來(lái) 通過(guò)努力已經(jīng)走到了細(xì)分市場(chǎng)的前列,在整個(gè)新能源銷量排行榜上也經(jīng)常出現(xiàn)。讓我們期待歐拉 R2上市后的表現(xiàn),希望它不會(huì)辜負(fù)背后幾千個(gè)電池工程師的日夜操勞吧。

* 部分圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò),如有侵權(quán)請(qǐng)告知?jiǎng)h除
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