鉅大LARGE | 點擊量：1802次 | 2021年12月21日
哪些是全極耳，哪些是無極耳？特斯拉為什么獨獨青睞大圓柱電池
隨著我國“新國標(biāo)”的推行，共享、換電、物流等新應(yīng)用場景的涌現(xiàn)，大數(shù)據(jù)、人工智能的普及應(yīng)用，以及鋰電池技術(shù)不斷提升，電動輕型車產(chǎn)業(yè)和市場正加速變革，帶動鋰電市場規(guī)模迅速擴大，鋰電滲透率快速提升，千億鋰電細(xì)分大市場正在盛大開啟。
根據(jù)研究機構(gòu)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2019年全球電動兩輪車銷量中，中國市場就占據(jù)了全球銷量的90%以上。2020年，中國兩輪電動車銷量達(dá)到了近5000萬輛，同比增長超過20%；截至2020年年底我國電動兩輪車社會保有量已經(jīng)超過了3億輛。兩輪電動車已經(jīng)成為具有千億規(guī)模的巨大產(chǎn)業(yè)。
依據(jù)國內(nèi)國際電動兩輪車市場分析與預(yù)測，預(yù)計到2025年，國內(nèi)對應(yīng)鋰電池裝機量需求為29GWh，市場份額逐步擴大，加上歐美的電動二輪車需求，鋰電池的總需求將超過40GWh。
億緯鋰能大圓柱磷酸鐵鋰電池方案具有高安全、長循環(huán)、低產(chǎn)熱、低成本等突出優(yōu)勢特性，是針對電動二輪車獨特的解決方案。
基于可靠性設(shè)計、先進(jìn)制造技術(shù)、全方位測試、標(biāo)準(zhǔn)化管控打造電動兩輪車用鋰電池。在市場應(yīng)用上，億緯磷酸鐵鋰方案：采用大圓柱激光焊全極耳的設(shè)計，具備五大特點：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
1）高安全：磷酸鐵鋰自帶的安全性，良好的循環(huán)特性；2）低產(chǎn)熱：全極耳結(jié)構(gòu)低內(nèi)阻，發(fā)熱少，不需要復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)；3）低成本：材料成本低，且單顆電芯容量高，并聯(lián)少，有效降低pack成本；4）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定：金屬外殼，抗震，抗沖擊，相對方型，軟包電池?zé)o厚度膨脹問題；5）生產(chǎn)效率高：有利于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，較低的制造成本。
從用戶體驗看，億緯鋰能磷酸鐵鋰大圓柱電池：使用上更安全，在充電時間，瞬間功率擁有更好的用戶體驗，更寬的使用溫度區(qū)間（可以實現(xiàn)零下10度充電，零下20度放電），足夠長的使用壽命，是針對電動二輪車非常有效的解決方案。
2021年是國家“十四五”規(guī)劃的開局之年，在圍繞實施碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的背景下，兩輪車作為綠色環(huán)保的產(chǎn)品，車企及產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)積極探索，助力碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)。
鋰電池作為電動兩輪車關(guān)鍵零部件，億緯鋰能將持續(xù)推動技術(shù)創(chuàng)新，充分發(fā)揮億緯鋰能大圓柱磷酸鐵鋰電池方案的優(yōu)勢特性，進(jìn)一步推動行業(yè)發(fā)展。
除了億緯鋰能，特斯拉更早開始“無極耳”技術(shù)
特斯拉作為車企最初在電池技術(shù)積累較少，只是通過對外采購電池或者合資共建方式保障電池供應(yīng)。從18650到21700，特斯拉一直都在堅持通過“大圓柱”提升電池能量密度、降低電池成本的策略。然而，無論基于電池安全性亦或其他問題，特斯拉電池核心供應(yīng)商松下與LG化學(xué)遲遲未能突破21700以上的“大圓柱”。
2017年，特斯拉引入JeffDahn研究團隊后開始全方位從技術(shù)、生產(chǎn)工藝布局鋰電池領(lǐng)域，2020年1月宣布自建1條電池試驗線，2020年5月正式披露“無極耳”電池專利，其核心設(shè)計理念是通過正負(fù)極集流體與蓋板/殼體直接連接，成倍增大電流傳導(dǎo)面積、縮短電流傳導(dǎo)距離，從而大幅降低電池內(nèi)阻，減少發(fā)熱量延長電池壽命，并提高充放電峰值功率；并通過優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)件、簡化電池生產(chǎn)工藝流程等，提升電池標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)能力、降低電池成本。
正是這項“比聽起來更加重要”的無極耳技術(shù)，幫助特斯拉快速突破圓柱電池的尺寸限制，并帶來內(nèi)阻大幅減小5-20倍、成本大幅降低至100美元（約合人民幣676元）/度等顛覆式成果。然而，“無極耳”電池，“極耳”究竟去哪了？
什么是極耳，“無極耳”的極耳去哪了？
極耳是從電池正負(fù)極集流體中引出了的金屬導(dǎo)電體，與電池殼體（圓柱/方形）或者與外部模組結(jié)構(gòu)件（軟包）進(jìn)行連接，電流必須流經(jīng)極耳才能與電池外部連接。根據(jù)極耳數(shù)量、面積差異極耳可以分為單極耳、雙極耳、多極耳以及全極耳等類型，18650或21700電池體積較小，多采用單極耳方式，極耳細(xì)長不利于電流傳導(dǎo)，電池充放電時極易導(dǎo)致極耳和極耳連接處局部熱量過大，成為影響電池安全的關(guān)鍵瓶頸。
根據(jù)特斯拉“無極耳”專利分析，極耳與集流體不成比例的導(dǎo)電面積，以及獨立、長條形的極耳設(shè)計是當(dāng)前電池的局限性，“當(dāng)電流必須一直沿著陰極或陽極流到極耳并流出電池單元時，電阻也會隨著距離的增加而相應(yīng)提高。此外，由于極耳是額外的零件，因此增加了成本并帶來了制造難度?！?/p>
特斯拉“無極耳”專利描述了至少一個電極為無極耳的電池裝置，及其制作方法?！盁o極耳”電極一端通過涂覆導(dǎo)電材料，直接與殼體或?qū)ｉT設(shè)計的蓋板進(jìn)行連接，電流直接在電極集流體、蓋板、殼體之間進(jìn)行傳導(dǎo)，傳導(dǎo)面積大、距離短，特斯拉為此設(shè)計了多種規(guī)格的蓋板結(jié)構(gòu)進(jìn)行知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。
詳細(xì)分析特斯拉“無極耳”卷芯結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)：
（1）“無極耳”卷芯下端一極：集流體末端留白未涂覆正/負(fù)極材料，該處集流體部分應(yīng)統(tǒng)統(tǒng)理解為廣義的極耳，國內(nèi)方形電池生產(chǎn)過程中也多采用直接切割集流體作為極耳與殼體進(jìn)行連接，特斯拉“無極耳”設(shè)計的關(guān)鍵是極耳傳導(dǎo)面積與集流體完全一致，甚至通過蓋板多樣化結(jié)構(gòu)設(shè)計使極耳接觸面積、傳導(dǎo)面積大于集流體傳導(dǎo)面積。
（2）“無極耳”卷芯上端一極：若僅采用一個電極無極耳方案，上端仍與18650、21700卷芯設(shè)計一樣，通過一個導(dǎo)電極耳與外部進(jìn)行連接。按專利分析，僅一端進(jìn)行無極耳連接就可以實現(xiàn)內(nèi)阻減小5倍效果。
國內(nèi)有專家評論，特斯拉“餅干盒”與近期出現(xiàn)的國內(nèi)某超巨的細(xì)長型圓柱電池整體設(shè)計理念基本一致。特斯拉“無極耳”電池也并非真的沒有極耳，而是通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計直接利用整個集流體尾部作為極耳，并通過蓋板（國內(nèi)稱“集流盤”）結(jié)構(gòu)設(shè)計增大極耳傳導(dǎo)面積及其連接處的連接面積、縮短極耳傳導(dǎo)距離。因此，“無極耳”實質(zhì)與國內(nèi)圓柱全極耳電池的設(shè)計理念基本一致，都是通過集流體與電池殼體或集流盤的全面積、直接接觸式連接，從而達(dá)到大幅降低電池內(nèi)阻的效果，只是“全極耳”的連接形式更為多樣化，從某種意義上說特斯拉“無極耳”可以理解為一種特定形式的“全極耳”。
全極耳，中國圓柱全極耳電池發(fā)展
國內(nèi)圓柱全極耳鋰離子電池最早在2003年開始萌芽，出現(xiàn)了正負(fù)極片單邊留白、錯位卷繞后形成極耳然后焊接在導(dǎo)電集流盤邊緣的結(jié)構(gòu)設(shè)計，但由于極耳形態(tài)不規(guī)則，電池生產(chǎn)工藝復(fù)雜，未能轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)品。2009年國內(nèi)開始有電池企業(yè)與裝備企業(yè)共同投入圓柱全極耳研究，并真正形成了圓柱全極耳初始產(chǎn)品。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，國內(nèi)已經(jīng)形成了圓柱全極耳軟連接與硬連接兩種主流的連接形式，也有一端采用軟連接一端采用硬連接的結(jié)合形式；其中軟連接方式是匯集電流的集流盤帶有一段寬而短的極耳連接殼體，硬連接方式多通過集流盤直接與殼體進(jìn)行物理接觸或機械連接，硬連接方式多屬于“無極耳”連接。
從規(guī)格和工藝來看，圓柱全極耳電池主要包括：
（1）外殼材質(zhì)：鋼殼，多應(yīng)用于三元電池；鋁殼，多應(yīng)用于磷酸鐵鋰、錳酸鋰等電池。
（2）封裝工藝：機械滾槽與卷邊封口，多應(yīng)用于10AH以下電池；激光焊接，各類電池均有應(yīng)用。
（3）殼體帶電與結(jié)構(gòu)形式：外殼帶電，主要包括平底+凸帽、平底+平帽、平底+螺母等形式；外殼不帶電，主要包括兩端螺母、兩端螺柱、兩端平帽等形式。
據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)全極耳圓柱電池或無極耳圓柱電池專利主要自2006年開始出現(xiàn)，其中主要以全極耳專利為主、少量無極耳專利，兩者專利保護(hù)內(nèi)容的設(shè)計理念基本一致。從專利分布來看，國軒高科、格力電器、安靠電源、銀隆新能源及裝備企業(yè)逸飛激光等圓柱全極耳/無極耳專利申報數(shù)量較為靠前，寧德時代近期也有相關(guān)專利申報。
據(jù)動力電池應(yīng)用分會數(shù)據(jù)顯示，2019中國市場圓柱動力電池裝機電量約4.13GWh，占比6.65%，以18650、21700為主的圓柱電池裝機量大幅下滑41%，但是主打32135圓柱全極耳電池的國軒高科裝機電量約1201.93MWh，同比增長60.55%，由2018年的排名第3上升至2019年第1。
行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，2020年上半年兩輪車圓柱電池價格已接近0.4元~0.5元/Wh的目標(biāo)價。國內(nèi)排名靠前的動力電池企業(yè)已有多家開始布局圓柱全極耳電池，力神電池、比克電池、遠(yuǎn)東電池、天能、鵬輝能源等均已相繼獲得兩輪車圓柱電池訂單，寧德時代也成立了圓柱電池團隊，并規(guī)劃了多條圓柱產(chǎn)線大舉進(jìn)入共享兩輪車市場。億緯鋰能官微，電池中國網(wǎng)
