电池与我们的生活已经密不可分,从苹果手机到纯电动汽车,电池几乎无处不在。而纯电动车主们口耳相传,号称动力电池龙头企业的宁德时代到底是啥?今天我们就来深入了解宁德时代新能源科技股份有限公司,看看这个最牛的“电池”是怎样被生产出来的。

文章开始之前,我们先来说说宁德的这家电池企业到底是什么来头。创建于1999年的宁德新能源科技有限公司(ATL)主要生产研发消费类的软包锂电池。也就是我们苹果手机,IPOD里面那种外壳软软的锂电池,全球排名第三。

而创建于2011年的宁德时代新能源科技股份有限公司(宁德时代 CATL)则是负责研发动力电池,也就是我们常见的电动汽车的那种大块电池,常见的磷酸铁锂以及三元锂电池都有涉及。在2015年全球电池企业同样排行第三名。

这两家企业的主要生产基地以及总部都位于福建宁德,这个城区人口才40万的小城市。

如果觉得这两段介绍太复杂,那么用大白话来总结:ATL是做手机电池的,CATL是做电动汽车电池的,两家公司可粗略当成一回事,两家都做到了世界第三。够简单明了吧?今天我们主要聊的就是制造纯电动汽车电池的CATL-宁德时代。

你真的知道什么是电池吗
在聊CATL的锂电池之前,我们先来聊一个看似简单,但其实很复杂的问题,那就是“什么是电池?”可能有人会觉得这个问题很愚蠢“电池不就是圆柱形的那个么?卖几块钱一节,多买还有赠。玩具用完收音机还能用,塞进去之后收音机就能叽里咕噜的响。”不错,这的确是电池的一种,但是“电池为什么有电?电池内部到底是怎么工作的?为什么电池用一段时间就没电了?”这几个问题“细思极恐”,能完全回答出的人恐怕也是不多的。那么我们就从一颗土豆开始我们今天的电池解析吧。是的,你没看错!一颗土豆。

电池的最基本原理是电子流动产生电流。每个电池都必须有负极和正极,当电子从活跃度高的负极奔向活跃度低的正极,正极电势高,就产生了电流。因此无论任何物质构成主体,只要符合这一原则,就可以产生电流成为电池。

早在1780年,路易吉・伽伐尼就发现了这一现象,他将两片金属片分别连接到青蛙的腿上,导致青蛙的肌肉抽搐,由此证明产生了“动物电”。而在两块金属极之间放上其他物质,也可以获得同样的效果。

那么我们说回土豆电池,去准备两个新鲜的土豆,找一块锌片当负极,再找一块铜片当正极。几段电线和一个验证电流用的电子表。我们将洗净的两个新鲜土豆分别插入锌片和铜片,然后用电线将两个土豆串联起来,最后将电子表的正负极与两个土豆上各自插上的锌片与铜片连接,这时候你就会惊奇的发现电子表的屏幕开始显示数字。据说两个大土豆能供电子表使用2-3天的时间。

土豆电池的原理就是通过土豆含有的酸性物质产生电量。土豆提供化学反应需要的酸液,金属锌的化学性质比铜活泼,当这两种金属同时处在酸液中时,锌就会失去电子,失去的电子再沿着导线传到铜片上,最终形成电流。每个大个土豆能产生大约0.5伏的电压,电流0.2毫安左右。据说如果把土豆煮一下,再撒把盐,去除土豆内的杂质,减少内部电阻的话,发电量会成倍增加!
像“懒龙”一样的汽车动力电池组
我们初步了解什么是电池之后,下面开始说说宁德时代的汽车动力电池。宁德时代的产品主要是锂离子动力电池,在电池材料的选择上,主要采用磷酸亚铁锂、镍钴锰三元、锰酸锂、钴酸锂等。目前在大巴上主要采用磷酸铁锂电池,而在家用纯电动车型上主要采用三元锂电池。不论什么材质,外包装采用硬壳形式的电池是宁德时代的主要产品。

电池的生产工艺流程主要分为搅拌、涂布、冷压、分条、焊接、卷绕、顶侧封、注液、化成、抽气。硬壳电池看似方正,但其实内部材料都是软质材料经过碾压成薄片,多层卷绕黏贴并注入电解液之后成型。

生产完成的动力电池最后会被装进包覆绝缘蓝膜的铝制外壳,为电芯提供一个可靠的反应空间。组装完成后宁德时代还会将每一块电芯分别进行两次氦气加注,第一次是为了检测电池成品的密封性能,第二次加注是为了排空电池内的空气,由氦气取代。因为氦气是一种十分稳定的气体,相对空气而言,更加有利于电池的稳定性,提高工作时的安全性。

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是不是看着这些文字感觉晦涩艰深,诘曲聱牙?那我就举一个形象的例子吧,面食“懒龙”都吃过吧?尤其北京的孩子,那简直就是幼儿园时代最美好的回忆啊,而电池结构其实和懒龙就非常相似。将面饼用擀面杖压平(铜箔铝箔等正负极集体),上面平铺拌好的肉馅(电池使用的各种原材料),然后将覆了馅料的面皮卷起来(电池卷绕及封顶),然后放进锅加水蒸熟(加注电解液),等蒸熟之后出锅切段(打包装箱),就可以吃了!

对于纯电动汽车的动力电池组来说,此时制造完成的仅是其中的一块单体电池芯而已。在制造动力电池组的时候,会将多块单体电芯并联组成一个模组,每一 块模组都会有相对应的线速进行检测,通过线速反馈给电池管理系统,也就是BMS管理系统。在实际使用中BMS管理系统会实时检测每一块电芯的工作、温度等 情况,根据动力电池目前情况级别做出相对应的管理措施,避免危险发生。

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为了内部电池芯的安全,动力电池组会拥有一个十 分坚硬耐操的金属构件外壳,用来对抗外力碰撞或液体浸泡。宁德时代的动力电池可以达到IP67的防护等级。也就是灰尘防护为最高的6级“灰尘禁锢:尘埃无 法进入物体整个直径不能超过外壳的空隙”;防水等级7级“防短时浸泡:常温常压下,当外壳暂时浸泡在1M深的水里将不会造成有害影响”,此指数最高8级。 因此能够达到IP67的等级对于动力电池来说,已经是相当满意的指数了。

最近一段时间的几起电动汽车燃烧事件,把让大 家的目光都聚焦到电池的安全性方面。虽然从易燃易爆的角度来说,汽油车下面挂的那个几十升的汽油箱更危险,汽油才是真正的见火就炸。但是经过数十年的不断 升级改进,而且已经习以为常了,所以大家对汽油车的安全性并没有那么担心。而电动汽车则不同,由于刚刚进入市场一、两年,并且大家对电池的了解并不多,更 有一些无良企业无中生有,以讹传讹,所以电动汽车稍有风吹草动,就会闹得满城风雨。宁德时代的电池在安全性上,不敢保证无懈可击,但上市至今仍然保持着非常良好的安全记录。

如今已经有一些新能源车企的车型在使用宁德时代的动力电池,比如宝马之诺E1纯电动汽车, 就是采用宁德时代的动力电池。还有上汽荣威、吉利新能源、广汽新能源、蔚来等都是采用宁德的电芯。还有一些车企准备量产的车型,已经与宁德时代签订了电池及 BMS系统的批量采购协议。因此作为国际及国内排名第三的电池企业来说,产品经过了时间与市场的考验,品质是值得信赖的。

最后说到宁德时代的厂区,由于目前锂电池行业在国内竞争非常激烈,并且属于高科技产业,因此园区内部到处都能看到保密宣传。就连大巴车里都贴着保密守则,让我找到了曾经在部队时,学习保密守则的感觉。

所以想看工厂内部生产线的朋友,实在是抱歉了,真的没有。整个工厂内部全部禁止拍照。但是我们今天聊到一些关于电池方面的信息和知识,相信已经让很多朋友对动力电池有一个大概的了解了,今后我们会给大家带来更多深入浅出的新能源汽车相关知识,敬请关注。