鉅大LARGE | 點擊量：1568次 | 2023年11月07日
什么是全極耳，什么是無極耳？TSLA為何獨獨青睞大圓柱電池
隨著我國“新國標”的推行，共享、換電、物流等新應用場景的涌現，大數據、人工智能的普及應用，以及鋰電池技術不斷提升，電動輕型車產業和市場正加速變革，帶動鋰電市場規模迅速擴大，鋰電滲透率快速提升，千億鋰電細分大市場正在盛大開啟。
根據研究機構統計數據，2019年全球電動兩輪車銷量中，中國市場就占據了全球銷量的90%以上。2020年，中國兩輪電動車銷量達到了近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超過了3億輛。兩輪電動車已經成為具有千億規模的巨大產業。
依據國內國際電動兩輪車市場分析與預測，預計到2025年，國內對應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、低產熱、低成本等突出優勢特性，是針對電動二輪車獨特的解決方案。
基于可靠性設計、先進制造技術、全方位測試、標準化管控打造電動兩輪車用鋰電池。在市場應用上，億緯磷酸鐵鋰方案：采用大圓柱激光焊全極耳的設計，具備五大特點：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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，良好的循環特性；2）低產熱：全極耳結構低內阻，發熱少，不需要復雜的冷卻系統；3）低成本：材料成本低，且單顆電芯容量高，并聯少，有效降低pack成本；4）結構穩定：金屬外殼，抗震，抗沖擊，相對方型，軟包電池無厚度膨脹問題；5）生產效率高：有利于進行大規模生產，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，更寬的使用溫度區間（可以實現零下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”規劃的開局之年，在圍繞實施碳達峰、碳中和戰略目標的背景下，兩輪車作為綠色環保的產品，車企及產業鏈企業積極探索，助力碳達峰、碳中和戰略目標。
鋰電池作為電動兩輪車關鍵零部件，億緯鋰能將持續推動技術創新，充分發揮億緯鋰能大圓柱磷酸鐵鋰電池方案的優勢特性，進一步推動行業發展。
除了億緯鋰能，特斯拉更早開始“無極耳”技術
特斯拉作為車企最初在電池技術積累較少，只是通過對外采購電池或者合資共建方式保障電池供應。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商松下與LG化學遲遲未能突破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、生產工藝布局鋰電池領域，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，其核心設計理念是通過正負極集流體與蓋板/殼體直接連接，成倍增大電流傳導面積、縮短電流傳導距離，從而大幅降低電池內阻，減少發熱量延長電池壽命，并提高充放電峰值功率；并通過優化電池結構件、簡化電池生產工藝流程等，提升電池標準化生產能力、降低電池成本。
正是這項“比聽起來更加重要”的無極耳技術，幫助特斯拉快速突破圓柱電池的尺寸限制，并帶來內阻大幅減小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？
極耳是從電池正負極集流體中引出了的金屬導電體，與電池殼體（圓柱/方形）或者與外部模組結構件（軟包）進行連接，電流必須流經極耳才能與電池外部連接。根據極耳數量、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，極耳細長不利于電流傳導，電池充放電時極易導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鍵瓶頸。
根據特斯拉“無極耳”專利分析，極耳與集流體不成比例的導電面積，以及獨立、長條形的極耳設計是當前電池的局限性，“當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。”
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。“無極耳”電極一端通過涂覆導電材料，直接與殼體或專門設計的蓋板進行連接，電流直接在電極集流體、蓋板、殼體之間進行傳導，傳導面積大、距離短，特斯拉為此設計了多種規格的蓋板結構進行知識產權保護。
詳細分析特斯拉“無極耳”卷芯結構可以發現：
（1）“無極耳”卷芯下端一極：集流體末端留白未涂覆正/負極材料，該處集流體部分應統統理解為廣義的極耳，國內方形電池生產過程中也多采用直接切割集流體作為極耳與殼體進行連接，特斯拉“無極耳”設計的關鍵是極耳傳導面積與集流體完全一致，甚至通過蓋板多樣化結構設計使極耳接觸面積、傳導面積大于集流體傳導面積。
（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卷芯設計一樣，通過一個導電極耳與外部進行連接。按專利分析，僅一端進行無極耳連接就可以實現內阻減小5倍效果。
國內有專家評論，特斯拉“餅干盒”與近期出現的國內某超巨的細長型圓柱電池整體設計理念基本一致。特斯拉“無極耳”電池也并非真的沒有極耳，而是通過巧妙的結構設計直接利用整個集流體尾部作為極耳，并通過蓋板（國內稱“集流盤”）結構設計增大極耳傳導面積及其連接處的連接面積、縮短極耳傳導距離。因此，“無極耳”實質與國內圓柱全極耳電池的設計理念基本一致，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，從而達到大幅降低電池內阻的效果，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展
國內圓柱全極耳鋰離子電池最早在2003年開始萌芽，出現了正負極片單邊留白、錯位卷繞后形成極耳然后焊接在導電集流盤邊緣的結構設計，但由于極耳形態不規則，電池生產工藝復雜，未能轉化為實際產品。2009年國內開始有電池企業與裝備企業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品。經過十幾年的發展，國內已經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。
從規格和工藝來看，圓柱全極耳電池主要包括：
（1）外殼材質：鋼殼，多應用于三元電池；鋁殼，多應用于磷酸鐵鋰、錳酸鋰等電池。
（2）封裝工藝：機械滾槽與卷邊封口，多應用于10AH以下電池；激光焊接，各類電池均有應用。
（3）殼體帶電與結構形式：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。
據不完全統計，國內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，其中主要以全極耳專利為主、少量無極耳專利，兩者專利保護內容的設計理念基本一致。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逸飛激光等圓柱全極耳/無極耳專利申報數量較為靠前，寧德時代近期也有相關專利申報。
據動力電池應用分會數據顯示，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。
行業數據顯示，2020年上半年兩輪車圓柱電池價格已接近0.4元~0.5元/Wh的目標價。國內排名靠前的動力電池企業已有多家開始布局圓柱全極耳電池，力神電池、比克電池、遠東電池、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，并規劃了多條圓柱產線大舉進入共享兩輪車市場。億緯鋰能官微，電池中國網
