弗迪廠刀片電池裝配線

比亞迪刀片電池出世之后，引發無數關注。驚嘆于它的性能之余，很多人都會疑惑，接近1米長的電芯，能夠批量生產嗎？

小編受邀參觀了比亞迪在重慶璧山的弗迪電池廠，并和弗迪電池副總經理孫華軍交流，了解了刀片電池生產的過程，及其未來的技術方向。

這個由比亞迪大段自行設計、開發的電池生產線，體現出比亞迪近18年電池研發生產的相關經驗，也處處體現出車用動力鋰電池的標準。璧山弗迪電池廠年底實際產量有望達到8Gwh，據稱都已經被預定。

1業界最快疊片速度

從重慶市中心向西駕車一個多小時，是近幾年發展迅速的璧山區。它被重慶規劃部門稱作未來工業化和城鎮化的主戰場之一。璧山國家高新區，也是全國首批智能化試點示范工業園區。

2018年八月，一個大項目落在了這里——璧山區與比亞迪簽下了年產20GWh的動力鋰電池產業項目。項目總投資人民幣100億元，重要包括動力鋰電池電芯、模組以及相關配套產業等核心產品制造。

資料來源：弗迪電池

2019年二月二十二日，項目開工。一年之后，廠建成投產。2020年三月，比亞迪通過一場在線公布會，將這個廠的產品——刀片電池介紹給了全世界關注電動汽車的人們。

刀片電池仍然是磷酸鐵鋰離子電池，但是其結構、規格都和以往大不相同。因此，比亞迪也為它全新設計了生產線。

我們的參觀沿著電池生產流程走，基本工序并沒有變化。但是每一個工序的品質控制能力、生產效率、高度自動化、數字化，體現出世界最先進動力鋰電池廠的追求。

突出的特點和工藝有幾個：

（1）環境控制

在電池生產過程中，空氣潔凈度與電池品質高度相關。空氣中包括粉塵、金屬顆粒和水分，都可以說是電池安全之敵。首要的又是粉塵控制，粉塵假如帶入電池，可能導致電池內部短路，甚至隔膜的刺穿，以及自放電等問題。

比亞迪為此對車間整體做了無塵設計，整體是萬級標準，關鍵工序達到了百級標準。

所謂百級標準，孫華軍介紹說，一立方米空間內，5微米（頭發絲1／20粗細）的顆粒不超過29個，這達到了與液晶屏生產車間相同的標準。

（2）寬幅涂布和輥壓

刀片電池長96厘米，也就要大概這么長的極片，涂布和輥壓工藝，都必須支持這個寬度。

弗迪廠的涂布工藝，支持最大寬度達130厘米，同時還是雙面同時涂布，單位面積涂敷重量偏差小于1％。

弗迪廠寬幅涂布工藝

輥壓工藝中，可以支持120厘米超大寬幅，輥壓速度還能達到120m／min，厚度控制2μm以內，確保寬尺寸極片厚度的一致性。

在120厘米的寬度下，極片中間部分受力不如兩側，可能厚度會比兩側高。為此，弗迪廠的輥壓機還采用了彎缸工藝，對軋輥進行平行度校正，以確保輥壓后的極片厚度一致性。

（3）高速疊片

相關于卷繞電芯來說，疊片電芯的好處多多，但是就一條，工藝難。首先，極片分切精度和一致性要很高；其次，堆疊時對齊精度要很高；第三，基于前兩者，一般來說疊片效率要低于卷繞。

比亞迪此前的電池基本都是卷繞。但弗迪廠的刀片電池，采用的是疊片工藝，而且是比亞迪完全獨立自主開發的設備和裁切方法。設計的疊片速度在0．3s／pcs，廠的介紹說，這是業界最高水平。可惜參觀環節不包括疊片工序。

（4）加壓注液

刀片電池這樣一個狹長的大電芯，如何讓電解液充分注入并吸收，也是挑戰。比亞迪自主研發了太空艙加壓注液技術，先采用真空負壓將電池殼體內的空氣排空，再用加壓方式將電解液充分注入。

總體而言，刀片電池廠是達到工業4．0級別的制造、管理系統，在品控體系上符合IATF16949＆VDA6．3標準。IATF16949國際汽車工作組的質量管理體系，VDA則是德國汽車工業聯合會制定的德國汽車工業質量標準。刀片電池廠雖然不說自己是車規級廠，但各項要求都是對標汽車行業標準的。

2刀片的誕生

這次刀片電池廠的開放參觀，也透露了刀片電池的誕生經過。

之所以把電池做長，是因為電池包體積能量密度提升的需求。“我們想要把電池包內部浪費的空間利用起來。”孫華軍說。

將電芯做大、做長，減少電芯數量，充分利用空間，是很多電池廠都能想到的改進方法。不過，要做到將近1米的長度，很多同行不敢想。“他們基本上都認為1米的電池不太可能（做得出）。所以我覺得這首先還是敢不敢想的問題。”孫華軍說。

刀片電池成品

比亞迪如何能實現？“我覺得是基于持續的、執著的深耕，以及這種結構的技術的積累。”

所謂積累，是比亞迪做了18年磷酸鐵鋰離子電池，最近的12年間，不斷往長條形結構發展，長寬比從3．5到3．8，最終達到10．6、狹長如刀片的電池設計。刀片，不是一天變長的。

不過，自設計到誕生，比亞迪也花了一年半時間，包括先做計算仿真，通過專家技術評審，經過手板樣件、模具樣件、OTS樣件、小批量試制樣件四輪驗證測試，才最終批量生產。

3低溫性能不弱于三元

在三月份的刀片電池公布會上，比亞迪重要講述刀片電池的高安全性——能通過針刺測試，以及體積能量密度的大幅提升，使得搭載刀片電池的電動汽車續航里程也能突破600公里。

不過，業界基于磷酸鐵鋰離子電池的特點，對刀片電池的低溫性能，充電功率等都還有疑問。

孫華軍這次對刀片電池的性能做了全面解析，提出超級安全、超級強度、超級續航、超級低溫、超級壽命和超級功率六大特點。

安全、強度、續航在上次公布會已經披露了不少。刀片電池的低溫、壽命和功率特性，比亞迪是首次披露。

一般而言，業內普遍認為磷酸鐵鋰離子電池低溫性能不如三元電池。但是，根據孫華軍介紹，刀片電池在低溫充電時間上比三元略長；充電功率方面，假如是高電量，磷酸鐵鋰優于三元，假如是低電量，磷酸鐵鋰不如三元，但是滿足需求。

低溫放電方面，刀片電池即便是在－20℃，都還能放出90％的電量，但他沒有供應和三元的比較。低溫放電功率方面，磷酸鐵鋰優于三元。

這樣的表現應該說超出預期，原因何在？

孫華軍解釋，解決低溫性能，重要兩個途徑。一是在材料層面，采用納米化的磷酸鐵鋰。

這是業界常見的解決方法。一般認為，納米化減小了材料粒徑，從而縮短鋰離子的遷移路徑，改善功率性能。

另一個途徑是系統層面，對電池包進行熱管理。孫華軍介紹，刀片電池在結構上，底層有保溫材料，上層有液冷的熱管理系統，再上層還有保溫棉。

孫華軍說，基于這一套熱管理系統，在冬季實驗過程中，電動汽車續航能力的表現非常好；夏季實驗中，電池包溫度的均勻性，散熱的能力，也是滿足要求。“總體上，這樣的一個結構，能夠讓我們的電池包適應非常寬的溫度范圍。”

在壽命方面，業界主流看法磷酸鐵鋰要好過三元。孫華軍拿磷酸鐵鋰和三元811電池比較，優勢更加明顯。磷酸鐵鋰可以在5000個充放循環后，容量保持在80％以上，而三元811電池在2000次左右，就衰減到了80％。

在功率方面，孫華軍沒有比較三元，而是介紹說，刀片電池在33分鐘內可以將從10％剩余電量充到80％。放電功率方面，比亞迪漢最大功率可以達到363kW，供應3．9秒的百公里加速能力。

首款搭載刀片電池的車型比亞迪漢EV

根據孫華軍的描述，以上性能，其實還是刀片電池1．0的水平。比亞迪還將推出升級產品。

在磷酸鐵鋰的弱項——重量能量密度上，刀片電池還能再提升嗎？

孫華軍介紹，現在刀片電池電池包的能量密度是140Wh／kg，后面能提升到160Wh／kg、170Wh／kg。

會不會采用刀片電池工藝生產三元電池呢？

孫華軍認為，要看消費者的需求。假如續航600公里、700公里的車推出了，同時充電基礎設施完備了，消費者沒有里程焦慮，那么磷酸鐵鋰就夠用。假如消費者還是有更高的里程需求，可能就得去用三元。

刀片電池長近1米，是否符合不同車企的電芯選型要求，也是業界疑問。孫華軍表示，“這個尺寸首先是適用于我們第一代的產品。一旦這個產品的結構技術被大家所接受，我們要去擴展很容易的。”

在刀片電池專利中，刀片電池長度可以在600—2000mm之間。他強調，比亞迪申請專利中提及的產品，都是能夠量產的。他還說，“實際上內部也有1米3的方法，可以無縫替換。”

他也強調，電芯尺寸也不會太多，“我們新的刀片電池廠的話，可能會基于不同的尺寸的需求去投建。因為整個工藝技術大家都打通的，所以相比較較容易一點。”

那么刀片電池這個結構技術能否被大家接受呢？孫華軍重復了此前王傳福的話術：“幾乎你能想到的所有汽車品牌，都在和我們探討基于刀片電池技術的合作方法。”

弗迪廠的一名高層供應的更為確定的信息是，璧山廠年底實際產量有望達到8Gwh，這些產量都已經被預定出去了。