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比亚迪刀片电池“进化论”
日期:2020-06-16   [复制链接]
责任编辑:zhangchi_zrm 打印收藏评论(0)[订阅到邮箱]
编者按:和过去电池包按照“电池-模组-整包”组装模式不同,刀片电池采用堪称颠覆式的结构创新,将长96厘米、宽9厘米、高1.35厘米的单体电池,通过阵列方式排布在一起,像“刀片”一样插入电池包里,在成组时跳过模组和梁,减少冗余零部件后,形成类似蜂窝铝板的结构,将体积利用率提升了50%以上。除重庆基地外,比亚迪还计划将在长沙、贵阳等新规划基地进行刀片电池生产线扩建。


“把‘自燃’这个词,从新能源汽车的字典里彻底抹掉!”3个月前,比亚迪集团董事长兼总裁王传福,在旗下产品刀片电池的线上发布会上放出狠话,同时发布了一段对比三种电池针刺试验的“烤鸡蛋”视频,以“安全”为牌叫板三元锂电池,令持续已久的电池技术路线之争再度升温。

3个月后的6月初,在比亚迪最新建成投产的弗迪电池工厂内,《中国汽车报》记者得以一窥刀片电池真容,探秘其研发和生产过程。

位于重庆璧山区的弗迪电池工厂是目前刀片电池唯一的生产基地,工厂总投资100亿元,占地1500亩,规划年产能20GWH。自2019年2月开工,到2020年3月刀片电池正式推出,仅1年时间,就从一片空地变身一个拥有精益化、自动化、信息化制造管理系统的世界级工厂。这里的产线和生产设备隐藏着多项比亚迪自创的核心技术,更为之增添神秘感。

♦自主创新“八大工艺”


一块刀片电池若要“炼成”,须在无尘、恒温、干燥环境下,通关“八大工艺”——配料、涂布、辊压、叠片、装配、烘烤、注液、检测,层层不容疏漏,才能使原材料实现从电池浆料,到电池极片,再到电池极芯,最后到刀片电池的蜕变。

“刀片电池对生产环境的要求极为苛刻。”比亚迪弗迪电池公司副总经理孙华军在带领参观时告诉记者,以无尘为例,为了最大程度降低电池短路率,比亚迪提出了粉尘分级管控概念,在一些关键工序上,能够做到一立方米空间内,5微米(头发丝1/20粗细)的颗粒不超过29个,达到与液晶屏生产车间相同的标准。而遍布生产车间、工序、条线的高精度传感器,数以百计的机器人,以及符合IATF16949&VDA6.3控制标准的品控体系等,造就了工业4.0级别的制造、管理系统,使得厂房设备硬件的自动化,设备与设备之间的信息化,控制层面的智能化,成为刀片电池生产高效、品质稳定的坚实“后盾”。

严苛的环境和硬件条件,是确保刀片电池高安全性的基础。而生产刀片电池更大的难点和亮点,主要集中在“八大工艺”上。

“比如叠片,近1米长的电池极片,能够将公差控制在±0.3mm以内、单片叠片效率控制在0.3s/pcs的精度和速度,这在国际上都属于首创。整个叠片工艺采用的是比亚迪完全独立自主开发的设备和裁切方案,这是其他企业想抄都抄不来的。”孙华军说。

除叠片之外,其他工艺环节也是环环有亮点、处处有领先。例如,配料系统的精度在0.2%以内;双面同时涂布,涂布最大宽度达1300mm、单位面积涂敷重量偏差小于1%;1200mm超大幅宽的辊压速度可达120m/min,厚度控制2μm以内,确保宽尺寸极片厚度的一致性;装配时的检测及定位精度±0.05mm 装配偏差<±0.5mm,可实现0.2mm超薄铝壳的焊接;接触式加热烘烤,可以使水分控制在0.01%以下,温度波动≤0.5℃;注液量偏差≤±5‰,且实现注液浸润同步进行,让电解液充分吸收;全自动化检测系统可自动将组盘后电池通过滚筒线、提升机或堆垛机送入不同库位或不同设备,自动完成化成,充放电,分容,自放电等后段的工艺操作,漏检率为0……



♦硬核实力“六个超级”

在八大工艺创新的基础上,刀片电池实现了对磷酸铁锂电池这一“物种”的进化,展现了由6S技术理念(六个超级)形成的竞争优势。

首当其冲的就是“超级安全”。相比磷酸铁锂电池,三元锂电池天生热稳定性较差,在启动时温度相对低,容易发生材料分解并产生氧,且放热速率和总放热量较高。近年屡屡发生的自然事故,让业界逐渐意识到,盲目追求电动汽车续驶里程而轻视电池安全,新能源汽车行业有可能会跑偏。

“在500℃的温度下,磷酸铁锂材料结构非常稳定,但三元锂材料在200℃左右就会发生分解,且化学反应较剧烈,会释放氧分子,更容易引发热失控。”孙华军说。于是,刀片电池的“超级安全”成为其PK三元锂电池最大的撒手锏。

此次,在众多媒体记者好奇的目光下,比亚迪现场演示了一次针刺三元锂电池和刀片电池的全过程。密闭环境中,针刺三元电池时,伴随着一次剧烈的响声,电池瞬间爆炸,火星四溅。从检测数据来看,三元锂电池的表面温度迅速攀升至500℃以上。而在同等条件下针刺刀片电池时,电池瞬间刺穿,但表面并无冒烟、自燃迹象,且仅有较低程度的升温变化。

孙华军介绍,除了“超级安全”,比亚迪刀片电池还具备超级强度、超级续航、超级低温、超级寿命和超级功率共六项“超级优势”。其中,结构创新发挥了关键作用。

和过去电池包按照“电池-模组-整包”组装模式不同,刀片电池采用堪称颠覆式的结构创新,将长96厘米、宽9厘米、高1.35厘米的单体电池,通过阵列方式排布在一起,像“刀片”一样插入电池包里,在成组时跳过模组和梁,减少冗余零部件后,形成类似蜂窝铝板的结构,将体积利用率提升了50%以上,在实现电池超级强度的同时,提升了安全性,减轻了车重,降低了能耗。

“今年刀片电池将首先搭载在汉EV上,使其续驶里程达到600公里。未来2~3年,通过材料、空间的持续升级,我们有望将其能量密度提升至170Wh/kg,进一步挖掘磷酸铁锂电池的潜力,使续驶里程提升至700~800公里,可媲美三元锂电池。”孙华军向记者补充说,因为材料结构和稳定性更好,刀片电池可以保证8年甚至更长时间,50万公里甚至100万公里更长里程的使用,循环寿命折算里程数远大于整车使用年限要求,有利于将来的回收利用。

“每块刀片电池还有专属‘身份证’,未来产品在使用期间的各项数据将为我们持续改进工艺、完善产品提供重要参考。”孙华军称,弗迪电池重庆工厂只是刀片电池的全球首个工厂,随着产能不断扩大,刀片电池将向整个新能源汽车行业开放共享。据透露,今年弗迪电池工厂计划产能为10GWh,随着市场需求量增大,除重庆基地外,比亚迪将在长沙、贵阳等新规划基地进行刀片电池生产线扩建。预计在明年或后年,刀片电池还将在比亚迪以外的国际知名品牌上搭载使用。  



 原标题:比亚迪刀片电池“进化论”
 
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来源:中国汽车报
 
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