作者｜凌敏

出品｜汽車大觀

“全極耳給圓柱電池帶來了最好的改變。”特斯拉CEO馬斯克如是說。

自特斯拉宣佈其4680電池採用無極耳結構以來，“全極耳大圓柱電池”成為行業關注的焦點。特斯拉電池日上宣稱的“無極耳”即為一種全極耳，透過巧妙的結構設計直接利用整個集流體尾部作為極耳，並透過蓋板（集流盤）結構設計增大極耳傳導面積及其連線處的連接面積、縮短極耳傳導距離。

最近，老牌能源類頂級雜誌《Journal of Power Sources》（SCI一區 ，IF：9。794）發表了鋰電池行業內首篇使用真實商業化的全極耳大圓柱電池驗證數字模型結論的文章。文章中，作者基於對真實電芯的資料採集，建立了精準的電芯熱-電-電化學耦合的數字模型，在-20°C到60°C的寬環境範圍內都可以和電芯的實測資料匹配。文章中使用的全極耳大圓柱電芯由國內鋰電企業比克電池提供。

本文研究，透過最佳的熱管理，全極耳電池實現不到 12 分鐘從 10% 充電到80% SOC 的快速充電時間，其中的實驗電池為國內的比克電池。

這些發現顯示了成熟全極耳大圓柱電池的巨大潛力，對於國內汽車市場來說，全極耳大圓柱電芯將直接切入中高階車型，這也預示在市場快速發展驅動下，國內極耳電池市場也將迎來井噴的黃金時代。

中高階車型的最優解

全球新能源汽車市場的加速爆發之下，帶動動力電池需求相應地快速增長。據業內機構保守預測，到2025年全球電動汽車銷量將突破2000萬輛，對應的動力電池需求將超過1600GWh，其中，全極耳大圓柱電池將從研發進入到真正量產時刻。

“據我們已收到的客戶需求情況，並結合行業發展形勢資訊判斷，大圓柱電芯會在這裡面至少佔30%以上的份額，也就是大約480GWh，已經超過了2021年全球總需求量。”比克電池副總裁樊文光曾如此表示。

極耳是電芯正負極引出來的金屬導電體，與電池殼體或者外部模組結構件進行連線，電流必須流經極耳才能與電池外部連線。許多電池製造商投入大量資源開發具有創新極耳設計和更大直徑的圓柱形電池，Panasonic、LG Chem、Samsung SDI 和比克電池等電池製造商已確認正在進行全極耳電池的開發。主機廠方面，特斯拉大圓柱電池帶動多家整車廠入場，蔚來、江淮、保時捷、東風嵐圖等OEM也將在旗下中高階車型搭載4680大圓柱電池。

在市場大勢之下，行業不少聲音認為，在未來2025年到2035年左右，大圓柱電池會在中高階市場佔據絕對的統領地位。

先行者佔據了先發優勢。2021年初，比克電池實現了4680全極耳大圓柱電池的國內首發，技術佈局和研發進展領先行業，憑藉圓柱結構，透過搭載高鎳正極、矽負極、摻矽補鋰等先進技術，能量密度可大大提升，為整車提供800公里以上的續航里程，正符合中高階電動車的續航需求。

目前，比克電池已經與多家一線車企開展合作，共同進行大圓柱電池的研發、生產、應用。

“六邊形戰士”的賦能方案

全極耳電池得到擁簇，是因為其兼備高安全、高能量、超級快充等新能源電池的痛點問題。

由於電阻的存在，電池在充放電的過程中，特別是大電流充放電的過程極易引起電池溫度的升高。大圓柱的高安全性，使它成為搭載兼顧高能量和超級快充的最佳載體，其能夠解決電芯尺寸做大和發熱減少的矛盾點，使得電池內部沒有集中發熱點，安全效能更佳。

例如論文中開發了一種基於大圓柱形電池的空間分辨熱-電-電化學框架，實驗應用的電池具有新穎的全極耳設計、最先進的高鎳陰極和 SiOx-C 陽極，並在-20 °C 至 65 °C的寬溫度範圍內進行了廣泛驗證。

基於該模型，用一組邊界（包括最小區域性陽極電壓和最大活性材料溫度）下的電流控制器來計算快充曲線，根據計算的電流方案對電池進行迴圈，結果顯示計算和測量的電壓和溫度之間具有良好的一致性。此外，許多指標可以證明在快速充電過程中沒有發生析鋰。

比克全極耳大圓柱電池的快充效能也在文章中得到印證。比克即將量產的大圓柱產品，可以實現5分鐘內將電量從10%充至50%（相當於200-300 Km續航里程），12分鐘內將電量從10%充至80%（相當於520公里續航里程）支援高速服務站等應用場景下，4C以上充電倍率的超級快充需求。

破題量產之路

如今，新能源汽車產業已經形成了成本與效能的兩極化發展。目前很多大型新能源車企，在未來5-10年，敲定了經濟型採用方殼/刀片磷酸鐵鋰電池，中高階採用三元+矽大圓柱電池的佈局。

但規模化量產，成為行業討論的又一熱點問題。

電池材料製造商Sila Nanotechnologies的CEO及聯合創始人、前特斯拉電池系統架構師吉恩·貝爾蒂切夫斯基（Gene Berdichevsky）曾表示：“全極耳是最具體、最可見，可能也是最有影響力的全新電芯設計。這是個非常好的設計，降低了電芯層面的製造成本。但最困難的不是製造電芯，而是能否規模化生產。”

全極耳工藝創新帶來電池生產過程中的眾多工藝難點，例如分切環節、注液環節、揉平環節、鐳射焊環節等，直接影響了4680電池良品率。2021年特斯拉4680試驗線良品率約在80%，2022年年初，據Tesla motors clubs上流出的資訊，在2022年1月22日特斯拉佛裡蒙特工廠平均良品率達92%，相比於2021年明顯提升。但相比於21700圓柱電池的95%+的良品率仍存在一定差距。

這需要企業有成熟的工藝流程以及市場經驗——做到效能與成本兼顧，電池企業、材料企業、裝置企業更好的協同，才能加快全極耳電池開發效率、提升電池水平，以確保全極耳電池競備中佔據優勢。

比克電池在自主研發的實踐中，積累了大量解決方案。

安全性是一切效能的基礎，也是比克攻堅的核心。透過計算機模擬單體電池卷繞，從電芯設計上降低內短路風險；高畫質CT掃描觀察單體電池內部結構，輔助最佳化電芯結構設計，觀測迴圈前後結構穩定性；透過熱模擬技術，熱失穩測試模擬出電芯不同位置的溫度狀況；透過定向爆破技術保證單顆電池失效不會引發Pack熱失控，比克電池的高安全性保障貫穿產品始終。

作為國內最早佈局4680電池的企業，比克在化工原料、精密結構件和生產裝置等產業鏈上下游關鍵環節也有長期持續的技術佈局。作為國內率先量產高鎳正極+矽負極材料體系的鋰電企業，多年來，比克電池與容百、當升等眾多國內供應鏈頭部企業攜手成長，建立了長期穩定的合作意向和彼此信任的合作關係。除此之外，透過與合作伙伴們長期共同研發前沿技術和新型材料，比克也在產業鏈當中形成了一定的技術牽引力。

可見，雖然以高階車電為主要市場的契機，將使得全極耳大圓柱電池的需求十分可觀，不過在“量產”的課題中，新能源電動汽車動力市場也將掀起一場新的“馬太效應”，真正突破核心效能侷限且佈局深遠的企業，將成為黃金時代的最終贏家。