寧德時代：引領電池革命的生產工藝

近幾年，寧德時代電池出貨量高居榜首，其電池工廠更是被世界經濟論壇評為燈塔工廠。那么，跟隨我的腳步，一起探索寧德時代電池工廠的秘密吧。

2023年12月14日，世界經濟論壇（WEF）公布最新一批“燈塔工廠”名單，寧德時代溧陽基地成功入選。這是繼寧德基地、宜賓基地后，寧德時代獲評的第三座“燈塔工廠”。目前全球鋰電行業僅有的3座“燈塔工廠”，均來自寧德時代。

寧德時代宜賓基地

寧德時代溧陽基地

一、鋰電池結構

鋰電池主要由5大組成部分:正極、負極、隔膜、電解液和外殼 。因生產工藝和外包裝不同,鋰離子電池可呈現多種外觀形態,常見的外觀形態有圓柱形、方形和軟包裝；按電池卷芯結構不同可分為卷繞式和疊片式。

寧德時代生產的電池主要有三種形態：圓柱形、方形和軟包形。其中，圓柱形電池主要應用于特斯拉的Model 3車型，方形電池則廣泛應用在市場上超過九成的純電動車型中。此外，寧德時代也在研究其他新型電池，如凝聚態電池等。

二、鋰電池生產車間環境要求

干燥房是利用除濕機把房間里的空氣濕度降低到一定需求范圍內的房間。

鋰電池材料中的水分含量是電芯中水分的主要來源之一，而且環境濕度越大，電池材料越容易吸收空氣中的水分。反之，環境濕度控制越好，電池材料吸收空氣中水分的能力越有限。鋰電池干燥房可以防止水分對鋰電池的影響，鋰電池生產線是在干燥房內進行。

三、鋰電池生產工藝

鋰電池生產工序繁多，工藝復雜，“人、機、料、法、環”任何一點出現失誤，都會降低鋰離子電池的可靠性。需要嚴格控制每一道工序，以確保獲得合格的產品。

電芯生產工藝

1. 攪拌

攪拌就是將活性材料通過真空攪拌機攪拌成漿狀。這是電池生產的第一道工序，該道工序質量控制的好壞，將直接影響電池的質量和成品合格率。而且該道工序工藝流程復雜，對原料配比，混料步驟，攪拌時間等等都有較高的要求。

時下的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰等。負極材料一般都是碳素材料，如石墨就是應用最廣泛的負極材料。這兩種材料需要在攪拌機中攪拌成漿狀。

寧德時代的攪拌車間對粉塵嚴格管控，此外，在攪拌的這一過程中需要嚴格控制粉塵，以防止粉塵對電池一致性產生影響，在寧德時代的生產車間對粉塵的管控水平相當于醫藥級別。

2. 涂布

涂布是將攪拌好的漿料涂抹在銅箔和鋁箔上。涂布至關重要，需要保證極片厚度和重量一致，否則會影響電池的一致性。涂布還必須確保沒有顆粒、雜物、粉塵等混入極片。否則會導致電池放電過快，甚至會出現安全隱患。

3. 切分

切分分為預分切和分條。

首先在碾壓車間里，通過輥將附著有正負極材料的極片進行碾壓。冷壓就是將鋁箔上的正負極材料壓緊壓實，這對提升能量密度很重要，將冷壓后的極片根據需要生產電池的尺寸進行分切，并充分管控毛刺（這里的毛刺只能在顯微鏡下看清楚了）的產生，這樣做的目的是避免毛刺扎穿隔膜，產生嚴重的安全隱患。

然后使用模切機形成電芯用的導電極耳，再通過切刀對電池極片進行分切。

4. 卷繞或堆疊

將電池的正極片、負極片、隔離膜以卷繞或堆疊的方式組合成裸電芯。其中，先進的CCD視覺檢測設備可實現自動檢測及自動糾偏，確保電芯極片不錯位。有了CCD視覺檢測設備的輔助，CATL寧德時代的電池生產車間在國際上屬于自動化程度最高的電池生產車間之一。

5. 焊接

對電芯進行正負極的焊接。對焊接好的電芯進行氣密性檢測，確保電芯密封良好。

6. 烘焙與注液

電池烘烤工序是為了使電池內部水份達標，確保電池在整個壽命周期內具有良好的性能。

注液工序是往電芯內注入電解液并加隔膜進行包裹。電解液的注入量是關鍵中的關鍵，如果電解液注入量過大，會導致電池發熱甚至直接失效，如果注入量過小，則又影響電池的循環性。

7. 化成測試

化成是對注液后的電芯進行激活的過程，通過充放電使電芯內部發生化學反應形成SEI膜（SEI膜：是鋰電池首次循環時由于電解液和負極材料在固液相間層面上發生反應，所以會形成一層鈍化膜，就像給電芯鍍了一層面膜。），保證后續電芯在充放電循環過程中的安全、可靠和長循環壽命。將電芯的性能激活，還要經過X-ray監測、絕緣監測、焊接監測，容量測試等一系列“體檢過程”?；晒ば虍斨羞€包括，對電芯“激活”后第二次灌注電解液、稱重、注液口焊接、氣密性檢測；自放電測試高溫老化及靜置保證了產品性能。

單個的電芯是不能使用的，只有將眾多電芯組合在一起，再加上保護電路和保護殼，才能直接使用。這就是所謂的電池模組。

電池模組生產工藝

1. 上料

將電芯傳送到制定位置，機械手自動抓取送入模組裝配線。在寧德時代的車間內從自動搬運材料到為設備喂料100%實現了自動化。

2. 清洗

對每個電芯表面進行清洗，寧德時代采用的是等離子處理技術保證清潔度。這里采用離子清潔，保證在過程中的污染物不附著在電芯底部。

3. 電芯組裝

電芯組裝前，需要表面涂膠。涂膠的作用除了固定作用之外，還能起到絕緣和散熱的目的。寧德時代采用國際上最先進的高精度的涂膠設備以及機械手協作，可以以設定軌跡涂膠，同時實時監控涂膠質量，確保涂膠品質，進一步提升了每組不同電池模組的一致性。

4. 焊接

電池模組多采用鋁制端板和側板焊接而成，通過機器人進行層壓和端板、側板焊接處理。

5. 線束隔離板裝配

焊接監測系統準確定位焊接位置后，綁定線束隔離板物料條碼至MES生產調度管理系統，生成單獨的編碼以便追溯。打碼后通過機械手將線束隔離板自動裝入模組。

6. 激光焊接

通過自動激光焊接，完成極柱與連接片的連接，實現電池串并聯。

7. 下線測試

下線前對模組全性能檢查，包括模組電壓/電阻、電池單體電壓、耐壓測試、絕緣電阻測試。標準化的模組設計原理可以定制化匹配不同車型，每個模塊還能夠安裝在車內最佳適合空間和預定位置。

四、寧德時代——極限制造

據了解，在寧德時代，每條生產線1分鐘可生產150個電芯，每天更有超過140萬個電芯誕生，生產成本降低42%，生產節拍縮短50%。

這么快的生產速度是怎么做到的？

為了應對日益復雜的制造工藝和滿足高質量的產品需求，寧德時代在2020年提出了“極限制造”理念。寧德時代運用ABCDEFG七大智能制造使能技術（A-人工智能、B-大數據、C-云計算、D-數字孿生、E-邊緣計算、F-射頻技術、G-5G），建立了極限制造體系架構，打造以智能制造平臺為核心，多平臺多系統深度交互的工業化和信息化融合生態平臺，支撐極限制造目標的實現。

依托于人工智能、大數據等前沿技術，寧德時代建立起極限制造體系，在極復雜的工藝流程下以更快的生產速度生產出高質量的電池產品。通過基于模型的過程智能管控及全流程多模態智能檢測系統，在大數據分析和人工智能算法的支持下，寧德時代將缺陷率從PPM（百萬分之一）級別降低到PPB（十億分之一）級別。

參考來源：

1.劉芬等.鋰離子電池主要生產工序及控制點

2.揭秘寧德時代燈塔工廠：每組電池生產耗時1.7秒，缺陷率僅有十億分之一！怎么做到的？.CHINAPLAS國際橡塑展

3.走進寧德時代（CATL）生產線，每個工序都不要錯過！.金屬加工

4.寧德時代官網、官微，新華日報等

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