揭秘宁德时代CATL超级工厂

3年利润翻近80倍，7年估值超千亿，24天过会刷新最快IPO纪录，上市连续8个涨停板，并在2017年动力电池销量一举超越松下和比亚迪成为全球top1，2018年国内动力电池装机量以41.2%占比遥遥领先……

宁德时代的崛起是现象级的，这其中当然离不开其一整套精细的锂电池生产流程，本期我们带你揭秘宁德时代的超级工厂。

一、电芯诞生记

首先，让我们看一下电芯的生产产线。这是国内首条、国际一流的自动化产线，宝马X1和新5系的电芯就是在这里诞生的哦。

所有进入车间的人员都必须穿洁净服，戴帽子、口罩，完毕后，需要经过喷淋间360度无死角除尘

控温、控湿、无尘的工厂，可媲美半导体微电子的制造环境

忙碌的RGV，按照设定的轨道，自动搬运材料和为设备上下物料

孤独的机械手自动拆盘码盘

有了高 科技 机器人、中控系统、在线检测设备和信息追溯系统的助攻，catl的产线可实现“生产数据可视化”、“生产过程透明化”、“生产现场无人化”。

电芯是一个电池系统的最小单元。M个电芯组成一个模组,N个模组组成一个电池包,这是车用动力电池的基本结构。电池就像一个储存电能的容器，能储存多少的容量，是靠正极片和负极片的所负载活性物质多少来决定的。

1 搅拌

搅拌就是将正、负极固态电池材料混合均匀后加入溶剂，通过真空搅拌机搅拌形成均匀浆状。

2 涂布

拌好的活性材料以每分钟80米的速度被均匀涂覆到4000米长的铜箔上下面。涂布前的铜箔薄如蝉翼，只有6微米厚。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，导致电池自放电过快甚至安全隐患。

3 冷压和预分切

辊压装置将涂布后的极片压实到预定的厚度和密度。

4 极耳模切和分条

在这里，用模切机模切形成电芯的导电极耳。极耳是电池头上耳朵，通俗地说就是电池正负极的耳朵在进行充放电时的连接点。然后，通过切刀对极片进行分切。

5 卷绕

电芯的正极片、负极片、隔离膜以卷绕的方式组合形成裸电芯。先进的CCD可实现自动检测及自动纠偏，确保电芯极片不错位。

6 装配

卷绕好的裸电芯将被自动分选配对，之后再经过极耳焊接、折极耳、装配顶支架、热熔Mylar、入壳、壳体焊接等工序。至此，裸电芯就拥有了坚硬的外壳。

7 烘培和注液

电池烘烤工序是为了使电池内部水分达标，确保电池在整个寿命周期内具有良好的性能。注液，就是往烘焙后的电芯内注入电解液。电解液就像电芯身体里流动的血液，能量的交换就是带电离子的交换。这些带电离子从电解液中运输过去，到达另一电极，完成充放电过程。

8 化成

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，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。

为了电芯拥有良好性能，电芯制造过程中还要经过X-ray检测、焊接质量检测，绝缘检测、容量测试等一系列“体检过程”。

制造好后的每一个电芯单体都具有一个单独的二维码，记录着制造日期，制造环境，性能参数等等。强大的追溯系统可以将任何信息记录在案。如果出现异常，可以随时调取生产信息；同时，这些大数据可以针对性地对后续改良设计做出数据支持。

二、模组变形记

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。

电池模组是由众多电芯组成的。需要通过严格筛选，将一致性好的电芯按照精密设计组装成为模块化的电池模组，并加装单体电池监控与管理装置。CATL的模组全自动化生产产线，全程由十几个精密机械手协作完成。另外，每一个模组都有自己固定的识别码，出现问题可以实现全过程的追溯。

从简单的一颗电芯到电池包的生产过程也是相当复杂，需要多道工序，一点不比电芯的制造过程简单。

1 上料

将电芯传送到指定位置，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 给电芯洗个澡---等离子清洗

对每个电芯表面进行清洗（CATL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。

为什么要采用等离子清洗技术？原因在于，等离子清洗技术是清洗方法中最为彻底的剥离式清洗方式，其最大优势在于清洗后无废液，最大特点是对金属、半导体、氧化物和大多数高分子材料等都能很好地处理，可实现整体和局部以及复杂结构的清洗。

3 将电芯组装起来---电芯涂胶

电芯组装前，需要表面涂胶。涂胶的作用除了固定作用之外，还能起到绝缘的目的。

CATL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 给电芯建个家---端板与侧板的焊接

电池模组多采用铝制端板和侧板焊接而成，待设备在线监测到组件装配参数（如长度/压力等）OK后，启动焊接机器人，对端/侧板完成焊接，及焊接质量100%在线检测以确保质量，以及100%在线监测焊接质量。

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 完成电池的串并联---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 下线前的重要一关---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。

三、电池历险记

在重装上阵前，电池组还需经历"九九八十一难"才能修成正果。在宁德时代，这些极端，苛刻的实验包括挑战高温火烧、挤压、冲击、振动、海水浸泡、高低温冲击等，可多达230项。在宁德时代，只有成功通过层层磨炼的电池产品，才能被放行使用。

1 火烧测试

在高温油气烟火下，铅、锌等金属材料早已熔化。但是，电池组却要在这样的高温下进行“生存”挑战。在这项极端且具有危险性的测试中，行业的国家标准是外部火烧130秒，电池不起火、不爆炸。但在CATL，一切有着最高的要求。国家标准要求外部燃烧后不起火不爆炸，CATL则挑战做到了外部火烧130秒后，电池依然可以正常工作；国家标准外部燃烧时间要求为130秒即可，CATL甚至研究了连续燃烧1小时后，电池依然没有爆炸危险。而在这样的情况下，即使是熔点为660℃的铝材，也早熔化成了液体。

通过这样严苛的火烧试验，即使遇上火灾或车辆燃烧，也不会出现电池爆炸的危险，避免出现二次伤害。

2 振动测试

颠簸路面对电池产生的振动，可能会引发质量不过关的电池产品固定不良，零部件松动，外壳破裂最后引发安全失效的情况。为此，国家标准要求对动力电池进行振动测试。

振动台用来模拟电池包在实际使用中会遇到的颠簸路况，环境箱用来提供不同的温度环境，充放电机则用以提供充放电的实际工作情况。这三部分组成了带温度带负载的振动测试系统，真实模拟了实车使用时的情景。

这是宁德时代的一座推力20吨的振动台，用来模拟电池包在实际使用中会遇到的颠簸路况，但其振动强烈程度更甚于实际路况。在试验中，电池包一秒钟要被振动200下，而电芯模组则要被振动2000下。蜜蜂的翅膀每秒钟振动400下，我们就可以听到“嗡嗡”的声音，每秒振动2000下的电芯模组所发出的声音是非常尖锐刺耳的。

在宁德时代，这样的振动承受挑战算的不是分秒，而是小时。在这里，电池包需在-30℃至60℃的环境条件下，电池包连续随机振动21小时，这样可等效模拟数十万公里的行车疲劳情况。

3 加速度冲击测试

与振动试验类似，冲击测试用以测试电池包的机械结构稳定，其模拟车辆通过路障时，瞬间颠簸对电池包结构的冲击。

在宁德时代的冲击测试中，最高加速度可高达100G。100G加速度如何理解？载人航天飞行器的向心加速度最高可达15G。一辆电动大巴被时速为50公里的小车撞击时，电池包所受到的加速度约为30G。一般人的心脏承受的最大加速度为50G。而目前有记录的，人体能承受的加速度极限约为40G。但在如此强烈的加速度冲击下，电池包依然运行正常。

4 挤压测试

挤压测试用于模拟电池在交通事故时受到挤压的情况。电池受到挤压时在结构上可能由外至内被破坏，出现高压短路，电芯被内部零部件刺破漏液，造成热失控，进而引起起火或爆炸。

在宁德时代的挤压试验中，施加给电池包的力是10吨。一辆2吨的车，以90km/h的速度行驶撞击，其撞击力刚好是10吨。

从图中可以看到，在10吨外部力量的挤压下，复合铝材质的电池包外壳已出现了明显的变形，但电池包整体结构完整。对于挤压测试的通过标准一般是不起火、不爆炸。而宁德时代的电池产品，甚至可以在挤压变形的情况下，继续正常工作。

四、结束语

自此，经过数不清的复杂加工工艺和检测测试流程，一块印有CATL标志的成品车用电池单元终于诞生了。但即使如此，宁德时代对于质量的把控还远没有结束。为了把控在日常使用时的质量和品质，所有的成品电池和电芯都有自己独一无二的编码，如果未来某块电池甚至某颗电芯出现故障，可以追溯到关联生产线甚至关联原料。

来源/宁德时代CATL、锂电联盟会长

一、半导体中名词“wafer”“chip”“die”中文名字和用途

①wafer——晶圆

wafer 即为图片所示的晶圆，由纯硅（Si）构成。一般分为6英寸、8英寸、12英寸规格不等，晶片就是基于这个wafer上生产出来的。晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的集成电路产品。

②chip——芯片

一片载有Nand Flash晶圆的wafer，wafer首先经过切割，然后测试，将完好的、稳定的、足容量的die取下，封装形成日常所见的Nand Flash芯片（chip）。芯片一般主要含义是作为一种载体使用，并且集成电路经过很多道复杂的设计工序之后所产生的一种结果。

③die——晶粒

Wafer上的一个小块，就是一个晶片晶圆体，学名die，封装后就成为一个颗粒。晶粒是组成多晶体的外形不规则的小晶体，而每个晶粒有时又有若干个位向稍有差异的亚晶粒所组成。晶粒的平均直径通常在0.015~0.25mm范围内，而亚晶粒的平均直径通常为0.001mm数量级。

二、半导体中名词“wafer”“chip”“die”的联系和区别

①材料来源方面的区别

以硅工艺为例，一般把整片的硅片叫做wafer，通过工艺流程后每一个单元会被划片，封装。在封装前的单个单元的裸片叫做die。chip是对芯片的泛称，有时特指封装好的芯片。

②品质方面的区别

品质合格的die切割下去后，原来的晶圆就成了下图的样子，就是挑剩下的Downgrade Flash Wafer。这些残余的die，其实是品质不合格的晶圆。被抠走的部分，也就是黑色的部分，是合格的die，会被原厂封装制作为成品NAND颗粒，而不合格的部分，也就是图中留下的部分则当做废品处理掉。

③大小方面的区别

封装前的单个单元的裸片叫做die。chip是对芯片的泛称，有时特指封装好的芯片。cell也是单元，但是比die更加小 cell <die<chip。

扩展资料

一、半导体基本介绍

半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在消费电子、通信系统、医疗仪器等领域有广泛应用。如二极管就是采用半导体制作的器件。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。

今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。

半导体芯片的制造过程可以分为沙子原料（石英）、硅锭、晶圆、光刻，蚀刻、离子注入、金属沉积、金属层、互连、晶圆测试与切割、核心封装、等级测试、包装等诸多步骤，而且每一步里边又包含更多细致的过程。

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