探秘比亚迪刀片电池弗迪工厂

弗迪工厂刀片电池装配线

比亚迪刀片电池出世之后，引发无数关注。惊叹于它的性能之余，很多人都会疑惑，接近1米长的电芯，能够批量生产吗？
6月2日，《电动汽车观察家》受邀参观了比亚迪在重庆璧山的弗迪电池工厂，并和弗迪电池副总经理孙华军交流，了解了刀片电池生产的过程，及其未来的技术方向。
这个由比亚迪大段自行设计、开发的电池生产线，体现出比亚迪近18年电池研发生产的经验，也处处体现出车用动力电池的标准。璧山弗迪电池工厂年底实际产量有望达到8Gwh，据称都已经被预定。 1业界最快叠片速度
从重庆市中心向西驾车一个多小时，是近几年发展迅速的璧山区。它被重庆规划部门称作未来工业化和城镇化的主战场之一。璧山国家高新区，也是全国首批智能化试点示范工业园区。
2018年8月，一个大项目落在了这里——璧山区与比亚迪签下了年产20GWh的动力电池产业项目。项目总投资人民币100亿元，主要包括动力电池电芯、模组以及相关配套产业等核心产品制造。

2019年2月22日，项目开工。一年之后，工厂建成投产。2020年3月，比亚迪通过一场在线发布会，将这个工厂的产品——刀片电池介绍给了全世界关注电动汽车的人们。
刀片电池仍然是磷酸铁锂电池，但是其结构、规格都和以往大不相同。因此，比亚迪也为它全新设计了生产线。
我们的参观沿着电池生产流程走，基本工序并没有变化。但是每一个工序的品质控制能力、生产效率、高度自动化、数字化，体现出世界最先进动力电池工厂的追求。
突出的特点和工艺有几个：
（1）环境控制 在电池生产过程中，空气洁净度与电池品质高度相关。空气中包括粉尘、金属颗粒和水分，都可以说是电池安全之敌。首要的又是粉尘控制，粉尘如果带入电池，可能导致电池内部短路，甚至隔膜的刺穿，以及自放电等问题。
比亚迪为此对车间整体做了无尘设计，整体是万级标准，关键工序达到了百级标准。
所谓百级标准，孙华军介绍说，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，这达到了与液晶屏生产车间相同的标准。
（2）宽幅涂布和辊压 刀片电池长96厘米，也就需要大概这么长的极片，涂布和辊压工艺，都必须支持这个宽度。
弗迪工厂的涂布工艺，支持最大宽度达130厘米，同时还是双面同时涂布，单位面积涂敷重量偏差小于1%。
弗迪工厂宽幅涂布工艺

辊压工艺中，可以支持120厘米超大宽幅，辊压速度还能达到120m/min，厚度控制2μm以内，确保宽尺寸极片厚度的一致性。
在120厘米的宽度下，极片中间部分受力不如两侧，可能厚度会比两侧高。为此，弗迪工厂的辊压机还采用了弯缸工艺，对轧辊进行平行度校正，以确保辊压后的极片厚度一致性。
（3）高速叠片相对于卷绕电芯来说，叠片电芯的好处多多，但是就一条，工艺难。首先，极片分切精度和一致性要很高；其次，堆叠时对齐精度要很高；第三，基于前两者，一般来说叠片效率要低于卷绕。
比亚迪此前的电池基本都是卷绕。但弗迪工厂的刀片电池，采用的是叠片工艺，而且是比亚迪完全独立自主开发的设备和裁切方案。设计的叠片速度在0.3s/pcs，工厂的介绍说，这是业界最高水平。可惜参观环节不包括叠片工序。
（4）加压注液刀片电池这样一个狭长的大电芯，如何让电解液充分注入并吸收，也是挑战。比亚迪自主研发了太空舱加压注液技术，先采用真空负压将电池壳体内的空气排空，再用加压方式将电解液充分注入。
总体而言，刀片电池工厂是达到工业4.0级别的制造、管理系统，在品控体系上符合IATF16949&VDA6.3标准。IATF16949国际汽车工作组的质量管理体系，VDA则是德国汽车工业联合会制定的德国汽车工业质量标准。刀片电池工厂虽然不说自己是车规级工厂，但各项要求都是对标汽车行业标准的。
2刀片的诞生
这次刀片电池工厂的开放参观，也透露了刀片电池的诞生经过。
之所以把电池做长，是因为电池包体积能量密度提升的需求。“我们想要把电池包内部浪费的空间利用起来。”孙华军说。
将电芯做大、做长，减少电芯数量，充分利用空间，是很多电池厂都能想到的改进方案。不过，要做到将近1米的长度，很多同行不敢想。“他们基本上都认为1米的电池不太可能（做得出）。所以我觉得这首先还是敢不敢想的问题。”孙华军说。

刀片电池成品

比亚迪如何能实现？“我觉得是基于持续的、执着的深耕，以及这种结构的技术的积累。”
所谓积累，是比亚迪做了18年磷酸铁锂电池，最近的12年间，不断往长条形结构发展，长宽比从3.5到3.8，最终达到10.6、狭长如刀片的电池设计。刀片，不是一天变长的。

不过，自设计到诞生，比亚迪也花了一年半时间，包括先做计算仿真，通过专家技术评审，经过手板样件、模具样件、OTS样件、小批量试制样件四轮验证测试，才最终批量生产。
3
低温性能不弱于三元
在3月份的刀片电池发布会上，比亚迪主要讲述刀片电池的高安全性——能通过针刺测试，以及体积能量密度的大幅提升，使得搭载刀片电池的电动汽车续航里程也能突破600公里。
不过，业界基于磷酸铁锂电池的特点，对刀片电池的低温性能，充电功率等都还有疑问。
孙华军这次对刀片电池的性能做了全面解析，提出超级安全、超级强度、超级续航、超级低温、超级寿命和超级功率六大特点。
安全、强度、续航在上次发布会已经披露了不少。刀片电池的低温、寿命和功率特性，比亚迪是首次披露。
一般而言，业内普遍认为磷酸铁锂电池低温性能不如三元电池。但是，根据孙华军介绍，刀片电池在低温充电时间上比三元略长；充电功率方面，如果是高电量，磷酸铁锂优于三元，如果是低电量，磷酸铁锂不如三元，但是满足需求。

低温放电方面，刀片电池即便是在-20℃，都还能放出90%的电量，但他没有提供和三元的对比。低温放电功率方面，磷酸铁锂优于三元。

这样的表现应该说超出预期，原因何在？
孙华军解释，解决低温性能，主要两个途径。一是在材料层面，采用纳米化的磷酸铁锂。
这是业界常见的解决方案。一般认为，纳米化减小了材料粒径，从而缩短锂离子的迁移路径，改善功率性能。
另一个途径是系统层面，对电池包进行热管理。孙华军介绍，刀片电池在结构上，底层有保温材料，上层有液冷的热管理系统，再上层还有保温棉。

孙华军说，基于这一套热管理系统，在冬季实验过程中，电动汽车续航能力的表现非常好；夏季实验中，电池包温度的均匀性，散热的能力，也是满足要求。“总体上，这样的一个结构，能够让我们的电池包适应非常宽的温度范围。”
在寿命方面，业界主流看法磷酸铁锂要好过三元。孙华军拿磷酸铁锂和三元811电池对比，优势更加明显。磷酸铁锂可以在5000个充放循环后，容量保持在80%以上，而三元811电池在2000次左右，就衰减到了80%。

在功率方面，孙华军没有对比三元，而是介绍说，刀片电池在33分钟内可以将从10%剩余电量充到80%。放电功率方面，比亚迪汉最大功率可以达到363kW，提供3.9秒的百公里加速能力。

首款搭载刀片电池的车型比亚迪汉EV

根据孙华军的描述，以上性能，其实还是刀片电池1.0的水平。比亚迪还将推出升级产品。
在磷酸铁锂的弱项——重量能量密度上，刀片电池还能再提升吗？
孙华军介绍，现在刀片电池电池包的能量密度是140Wh/kg，后面能提升到160Wh/kg、170 Wh/kg。
会不会采用刀片电池工艺生产三元电池呢？
孙华军认为，要看消费者的需求。如果续航600 公里、700公里的车推出了，同时充电基础设施完备了，消费者没有里程焦虑，那么磷酸铁锂就够用。如果消费者还是有更高的里程需求，可能就得去用三元。
刀片电池长近1米，是否符合不同车企的电芯选型要求，也是业界疑问。孙华军表示，“这个尺寸首先是适用于我们第一代的产品。一旦这个产品的结构技术被大家所接受，我们要去扩展很容易的。”
在刀片电池专利中，刀片电池长度可以在600—2000mm之间。他强调，比亚迪申请专利中提及的产品，都是能够量产的。他还说，“实际上内部也有1米3的方案，可以无缝替换。”
他也强调，电芯尺寸也不会太多，“我们新的刀片电池工厂的话，可能会基于不同的尺寸的需求去投建。因为整个工艺技术大家都打通的，所以相对比较容易一点。”
那么刀片电池这个结构技术能否被大家接受呢？孙华军重复了此前王传福的话术：“几乎你能想到的所有汽车品牌，都在和我们探讨基于刀片电池技术的合作方案。”
弗迪工厂的一名高层提供的更为确定的信息是，璧山工厂年底实际产量有望达到8Gwh，这些产能都已经被预定出去了。（完）