宁德时代：引领电池革命的生产工艺

近几年，宁德时代电池出货量高居榜首，其电池工厂更是被世界经济论坛评为灯塔工厂。那么，跟随我的脚步，一起探索宁德时代电池工厂的秘密吧。

2023年12月14日，世界经济论坛（WEF）公布最新一批“灯塔工厂”名单，宁德时代溧阳基地成功入选。这是继宁德基地、宜宾基地后，宁德时代获评的第三座“灯塔工厂”。目前全球锂电行业仅有的3座“灯塔工厂”，均来自宁德时代。

宁德时代宜宾基地

宁德时代溧阳基地

一、锂电池结构

锂电池主要由5大组成部分:正极、负极、隔膜、电解液和外壳 。因生产工艺和外包装不同,锂离子电池可呈现多种外观形态,常见的外观形态有圆柱形、方形和软包装；按电池卷芯结构不同可分为卷绕式和叠片式。

宁德时代生产的电池主要有三种形态：圆柱形、方形和软包形。其中，圆柱形电池主要应用于特斯拉的Model 3车型，方形电池则广泛应用在市场上超过九成的纯电动车型中。此外，宁德时代也在研究其他新型电池，如凝聚态电池等。

二、锂电池生产车间环境要求

干燥房是利用除湿机把房间里的空气湿度降低到一定需求范围内的房间。

锂电池材料中的水分含量是电芯中水分的主要来源之一，而且环境湿度越大，电池材料越容易吸收空气中的水分。反之，环境湿度控制越好，电池材料吸收空气中水分的能力越有限。锂电池干燥房可以防止水分对锂电池的影响，锂电池生产线是在干燥房内进行。

三、锂电池生产工艺

锂电池生产工序繁多，工艺复杂，“人、机、料、法、环”任何一点出现失误，都会降低锂离子电池的可靠性。需要严格控制每一道工序，以确保获得合格的产品。

电芯生产工艺

1. 搅拌

搅拌就是将活性材料通过真空搅拌机搅拌成浆状。这是电池生产的第一道工序，该道工序质量控制的好坏，将直接影响电池的质量和成品合格率。而且该道工序工艺流程复杂，对原料配比，混料步骤，搅拌时间等等都有较高的要求。

时下的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂等。负极材料一般都是碳素材料，如石墨就是应用最广泛的负极材料。这两种材料需要在搅拌机中搅拌成浆状。

宁德时代的搅拌车间对粉尘严格管控，此外，在搅拌的这一过程中需要严格控制粉尘，以防止粉尘对电池一致性产生影响，在宁德时代的生产车间对粉尘的管控水平相当于医药级别。

2. 涂布

涂布是将搅拌好的浆料涂抹在铜箔和铝箔上。涂布至关重要，需要保证极片厚度和重量一致，否则会影响电池的一致性。涂布还必须确保没有颗粒、杂物、粉尘等混入极片。否则会导致电池放电过快，甚至会出现安全隐患。

3. 切分

切分分为预分切和分条。

首先在碾压车间里，通过辊将附着有正负极材料的极片进行碾压。冷压就是将铝箔上的正负极材料压紧压实，这对提升能量密度很重要，将冷压后的极片根据需要生产电池的尺寸进行分切，并充分管控毛刺（这里的毛刺只能在显微镜下看清楚了）的产生，这样做的目的是避免毛刺扎穿隔膜，产生严重的安全隐患。

然后使用模切机形成电芯用的导电极耳，再通过切刀对电池极片进行分切。

4. 卷绕或堆叠

将电池的正极片、负极片、隔离膜以卷绕或堆叠的方式组合成裸电芯。其中，先进的CCD视觉检测设备可实现自动检测及自动纠偏，确保电芯极片不错位。有了CCD视觉检测设备的辅助，CATL宁德时代的电池生产车间在国际上属于自动化程度最高的电池生产车间之一。

5. 焊接

对电芯进行正负极的焊接。对焊接好的电芯进行气密性检测，确保电芯密封良好。

6. 烘焙与注液

电池烘烤工序是为了使电池内部水份达标，确保电池在整个寿命周期内具有良好的性能。

注液工序是往电芯内注入电解液并加隔膜进行包裹。电解液的注入量是关键中的关键，如果电解液注入量过大，会导致电池发热甚至直接失效，如果注入量过小，则又影响电池的循环性。

7. 化成测试

化成是对注液后的电芯进行激活的过程，通过充放电使电芯内部发生化学反应形成SEI膜（SEI膜：是锂电池首次循环时由于电解液和负极材料在固液相间层面上发生反应，所以会形成一层钝化膜，就像给电芯镀了一层面膜。），保证后续电芯在充放电循环过程中的安全、可靠和长循环寿命。将电芯的性能激活，还要经过X-ray监测、绝缘监测、焊接监测，容量测试等一系列“体检过程”。化成工序当中还包括，对电芯“激活”后第二次灌注电解液、称重、注液口焊接、气密性检测；自放电测试高温老化及静置保证了产品性能。

单个的电芯是不能使用的，只有将众多电芯组合在一起，再加上保护电路和保护壳，才能直接使用。这就是所谓的电池模组。

电池模组生产工艺

1. 上料

将电芯传送到制定位置，机械手自动抓取送入模组装配线。在宁德时代的车间内从自动搬运材料到为设备喂料100%实现了自动化。

2. 清洗

对每个电芯表面进行清洗，宁德时代采用的是等离子处理技术保证清洁度。这里采用离子清洁，保证在过程中的污染物不附着在电芯底部。

3. 电芯组装

电芯组装前，需要表面涂胶。涂胶的作用除了固定作用之外，还能起到绝缘和散热的目的。宁德时代采用国际上最先进的高精度的涂胶设备以及机械手协作，可以以设定轨迹涂胶，同时实时监控涂胶质量，确保涂胶品质，进一步提升了每组不同电池模组的一致性。

4. 焊接

电池模组多采用铝制端板和侧板焊接而成，通过机器人进行层压和端板、侧板焊接处理。

5. 线束隔离板装配

焊接监测系统准确定位焊接位置后，绑定线束隔离板物料条码至MES生产调度管理系统，生成单独的编码以便追溯。打码后通过机械手将线束隔离板自动装入模组。

6. 激光焊接

通过自动激光焊接，完成极柱与连接片的连接，实现电池串并联。

7. 下线测试

下线前对模组全性能检查，包括模组电压/电阻、电池单体电压、耐压测试、绝缘电阻测试。标准化的模组设计原理可以定制化匹配不同车型，每个模块还能够安装在车内最佳适合空间和预定位置。

四、宁德时代——极限制造

据了解，在宁德时代，每条生产线1分钟可生产150个电芯，每天更有超过140万个电芯诞生，生产成本降低42%，生产节拍缩短50%。

这么快的生产速度是怎么做到的？

为了应对日益复杂的制造工艺和满足高质量的产品需求，宁德时代在2020年提出了“极限制造”理念。宁德时代运用ABCDEFG七大智能制造使能技术（A-人工智能、B-大数据、C-云计算、D-数字孪生、E-边缘计算、F-射频技术、G-5G），建立了极限制造体系架构，打造以智能制造平台为核心，多平台多系统深度交互的工业化和信息化融合生态平台，支撑极限制造目标的实现。

依托于人工智能、大数据等前沿技术，宁德时代建立起极限制造体系，在极复杂的工艺流程下以更快的生产速度生产出高质量的电池产品。通过基于模型的过程智能管控及全流程多模态智能检测系统，在大数据分析和人工智能算法的支持下，宁德时代将缺陷率从PPM（百万分之一）级别降低到PPB（十亿分之一）级别。

参考来源：

1.刘芬等.锂离子电池主要生产工序及控制点

2.揭秘宁德时代灯塔工厂：每组电池生产耗时1.7秒，缺陷率仅有十亿分之一！怎么做到的？.CHINAPLAS国际橡塑展

3.走进宁德时代（CATL）生产线，每个工序都不要错过！.金属加工

4.宁德时代官网、官微，新华日报等

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