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探秘弗迪重庆工厂,比亚迪“刀片电池”是这样生产出来的

2020-06-05 11:08:37
导读
6月1日,观察者网汽车频道受邀来到弗迪电池重庆工厂,比亚迪“刀片电池”背后的超级工厂也得以揭开了神秘面纱。

(观察者网 文/徐喆)就在三个月前,备受关注的比亚迪“刀片电池”正式问世并量产。而在那场面向全球直播的线上发布会上,比亚迪自导自演了一场颇为有趣的“煎鸡蛋秀”,更是让人印象深刻。结果是,一个炸飞了,一个烤焦了,一个还没熟,三只鸡蛋可谓命运大不同。

果然,鸡蛋实验的结果再度引燃了磷酸铁锂电池与三元锂电池的技术路线之争,也重新引发了人们对“电动汽车究竟需要怎样的动力电池”话题的思考。

在比亚迪看来,过去几年里,由于很多企业陷入了对“续航里程”的盲目攀比,天生热稳定性差,但相比磷酸铁锂电池能量密度更高的三元锂电池广受追捧,新能源乘用车的安全口碑则因此付出了极其惨重的代价。

由此,比亚迪推出了“刀片电池“,公布其续航里程达到了三元锂电池的同等水平,更顺利通过了令后者望而生畏的“针刺测试”。用比亚迪董事长王传福的话说就是,“要把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉。”

那么,誓要重新定义电动车安全新标准的“刀片电池”是如何生产出来的呢?6月1日,观察者网汽车频道受邀来到弗迪电池重庆工厂,比亚迪“刀片电池”背后的超级工厂也得以揭开了神秘面纱。

关于针刺测试:重新定义安全标准

事实上,上述“三个鸡蛋”的试验就是业内所称的“针刺测试”,它是电池行业公认的最严苛的测试。

为电池单体做针刺测试的核心目的,是为了模拟电池受到异物贯穿,电池发生内短路的情景。当然实际用车过程中出现这个场景的概率并不高。但针刺测试可以从某种角度验证内短路后电池的安全性。

这种测试方法是将动力电池充满电,用直径为5-8mm的耐高温钢针,以25±5mm/s 的速度,从垂直于电池极板几何中心的方向贯穿电池。按照GB/T 31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》,钢针停留在电池中,观察1小时,不起火、不爆炸才合格。

在此次的探秘之行中,笔者也有幸亲眼见证了被称为电池安全“珠穆朗玛峰”的“针刺测试”,场面相当震撼。

作为实验对象的对阵双方分别是6系三元锂电池,以及磷酸铁锂“刀片电池”。

6系三元锂电池


比亚迪刀片电池

从测试现场画面可以看到,三元锂电池被钢针刺穿后的几秒内,迅速爆炸起火并剧烈燃烧,表面温度高达500℃。即便笔者所在的观察室与实验室当中隔着一块防护玻璃,也能感受到因电池爆炸而带来的滚滚热浪和巨大的冲击力。

被钢针刺穿后的三元锂电池爆炸起火并剧烈燃烧

而另一边,当同等条件下的磷酸铁锂“刀片电池”被钢针刺穿后,不仅没有出现明火,甚至连烟都看不到一丝。

从监测数据上可以看出,刀片电池被刺穿后,表面温度逐渐上升,15分钟后温度基本趋于稳定,保持在30℃左右。

刀片电池被刺穿后,表面温度逐渐上升,随后趋于稳定并保持在30℃左右(图中黄线所示)

没有对比就没有伤害,刀片电池在针刺测试中的结果完美体现了其“超级安全”的特点。难怪有业内评论认为,跑偏多年的动力电池行业发展路线终于有机会重回正轨。

对比目前电动车常用的两种主流电池,磷酸铁锂材料本身具有放热启动温度高、放热慢、产热少、材料在分解过程中不释放氧气不易起火四大优势。而三元锂电池天性热稳定性差、安全性差是行业公认的事实。

对此,弗迪电池公司副总经理孙华军对观察者网汽车频道解释,“在500℃的温度下,磷酸铁锂材料结构都非常稳定,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。”

关于路线之争:过度追求能量密度

尽管从安全性上来讲,磷酸铁锂电池有着三元锂电池不可比拟的优势,但由于能量密度不及三元锂,过去几年很多乘用车企业陷入了对动力电池能量密度的非理性追求,磷酸铁锂电池在上一波与三元锂电池的路线之争中,还是败下阵来。

有着“电池大王”之称的王传福最早以做电池起家,2003年宣布跨界生产汽车之前,就已经开始了汽车动力电池的研发。从首款动力电池上市到成为全球最大的新能源汽车品牌之一,比亚迪始终将“安全”放在首位。

刀片电池

基于此,即便是在前几年三元锂电池被广泛推崇的市场环境下,比亚迪也从未放弃对磷酸铁锂电池的再研发。

除了体积能量密度带来的续航提升,安全则是刀片电池另一大优势。最近引爆吃瓜圈的针刺测试也是基于此来的。

关于工厂:年产能20GWH

弗迪电池超级工厂位于重庆市璧山区,是比亚迪“刀片电池”的首发工厂和目前唯一的生产基地。

早在2018年8月,比亚迪就与璧山区人民政府就动力电池年产20GWh产业项目签订投资合作协议,项目总投资100亿元。2019年2月,该项目开工建设,直到今年3月份,弗迪电池工厂的第一条生产线正式投产。从动工到投产,比亚迪仅耗时13个月就将一片空地变身为一个拥有精益化、自动化、信息化制造管理系统的世界级工厂。

弗迪电池公司副总经理孙华军向观察者网汽车频道透露,这座超级工厂到今年年底的产能可达到13GWh。

据了解,弗迪电池工厂不仅诞生了很多比亚迪独创的刀片电池产线和生产设备,更“隐藏”着多项高度保密的核心技术。

“首先,刀片电池在生产环境上的要求就极为苛刻。”孙华军说,为了最大程度降低电池的短路率,他们提出了一个粉尘分级管控的概念,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,这达到了与液晶屏生产车间相同的标准。

严苛的环境和条件,只是确保刀片电池高安全性的“基础”。据孙华军介绍,生产刀片电池最大的难点和亮点,主要集中在“八大工艺”。

“将近1米长的极片,能够实现公差控制在±0.3mm以内、单片叠片效率在0.3s/pcs的精度和速度,在国际上我们都属于首创。这种叠片采用的是比亚迪完全独立自主开发的设备和裁切方案,这是其他任何人想抄都抄不来的。”孙华军说。

除叠片之外,刀片电池生产过程中的配料、涂布、辊压、检测等其他工艺都达到了世界顶尖水平。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……

据悉,首款搭载刀片电池的车型比亚迪汉EV,综合工况下的续航里程已经达到了605公里。比亚迪汽车销售副总经理李云飞表示,刀片电池33分钟可将电量从10%充到80%、支持汉3.9秒百公里加速、循环充放电3000次以上可行驶120万公里,以及超出业内想象的低温性能等数据表现,也奠定了其全方位“碾压”三元锂电池的优势。

比亚迪汉EV将成为首款搭载刀片电池的车型

本文系观察者网独家稿件,未经授权,不得转载。

徐喆

徐喆

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来源:观察者网 | 责任编辑:徐喆
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