全極耳（無極耳）技術能夠成數量級的降低電池內阻和發熱速率，在解決高能量密度電芯的散熱問題上具有絕對的優勢，特斯拉將其視為突破百萬英里續航和TWh自建產能的關鍵技術，“遠比看起來更加重要”。但是，特斯拉4680全極耳電池至今仍難量產，松下、LG等電池巨頭紛紛搶跑參與競備。

2020年9月22日，特斯拉“電池日”發布4680“無極耳電池”，新電池能量提升5倍，功率提升6倍，同時成本降低14%、續航里程提高16%。

“無極耳電池”更準確的翻譯應該是“全極耳電池”，就是把整個正/負極集流體都變成極耳，通過集流體與電池殼體或集流盤的全面積連接，大幅降低電池內阻和發熱量，解決高能量密度電芯的發熱問題，并提高充放電峰值功率，幫助突破圓柱電池做大的瓶頸，正式拉開特斯拉TWH時代的大幕。

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全極耳成數量級的降低電池內阻和產熱速率

為什么是全極耳？

電芯尺寸越大活性物質占比越高，系統集成效率也更高，有助于提高系統能量密度，降低系統成本，無論是特斯拉4680還是比亞迪刀片電池實質都是基于這一原理的設計。但是，電池放電過程中電流通過銅箔、鋁箔匯集，并通過極耳導出到外電路，由于電阻的存在，電池在充放電的過程中，特別是大電流充放電的過程中會產生顯著的歐姆熱，引起電池溫度的升高，越粗越大的電芯發熱越多、散熱越難，因此，如何解決電芯尺寸做大和發熱減少的悖論成為其中關鍵。

可見，4680全極耳電池并不僅僅是變大變粗那么簡單。據專業人士分析：

傳統的圓柱體電池都是卷繞方式，分為正負極銅箔、鋁箔隔膜疊加起來卷繞，為了引出電極會在銅箔和鋁箔兩端分別焊接一個引出線叫極耳。傳統的1860電池卷繞長度是800mm，以導電性更好的銅箔為例，極耳從銅箔上把電導出來長度最長就是800mm，相當于電流要通過800mm長的導線。通過計算得到電阻大約是20mΩ，2170電池更粗一些卷繞長度大約是1000mm長電阻約23mΩ，這么長的銅箔為保證低的電阻，對銅箔厚度和一致性都會有極高的要求。

特斯拉4680電池為例，全極耳電池把整個集流體都變成極耳，導電路徑不再依賴極耳，電流從沿極耳到集流盤橫向傳輸變為集流體縱向傳輸，整個導電長度由1860或者2170銅箔長度的800～1000mm變成了80mm（電池高度）。將導電長度，代入銅電阻計算公式后電阻一下子就降到2mΩ，根據歐姆定理計算，電池內阻消耗由2瓦特一下子降到0.2瓦特，直接降低一個數量級。

為研究極耳對于鋰電池充放電是發熱和內部溫升的影響，英國帝國理工大學的Shen Li等人以模擬仿真的方法，研究了單極耳1（正負極極耳均在電極的頭部）、單極耳2（負極極耳在電極的頭部，正極極耳在電極的1/3處）、三極耳（極耳均勻的分布在電極上）、全極耳（22個極耳均勻的分布在電極上）三種結構進行充放電發熱對比。

從研究結果來看極耳數量越多電池內部溫升越不明顯，且靠近極耳的位置電池的電流密度更大，因此極耳處產熱速率也更快，從而造成局部溫度升高更大；全極耳設計能夠有效的降低局部的電流密度，從而減輕溫度-電流的正反饋，使得全極耳電池的產熱速率要比單極耳電池低兩個數量級。研究證明，全極耳電池在降低發熱量，解決高能量密度電芯的散熱問題上具有絕對的優勢。（引自新能源Leader）

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特斯拉4680電池量產難

LG/松下搶跑參與竟備

全極耳電池優勢如此明顯，特斯拉為什么沒有第一時間量產4680全極耳電池？

馬斯克在電池日發布會上曾表示，特斯拉正在美國加州的弗里蒙特電動車工廠內部建設4680電池的試驗性生產線，已“接近完工”，爭取一年的時間內達到1千兆瓦的產能，三年內全面量產。但特斯拉未能展示4680電池實物，電池日當天特斯拉股價重挫7%！

特斯拉4680全極耳電池發布后，全球多家汽車巨頭跟進并調整電池路線，韓國LG與日本松下等多家全球巨頭紛紛搶跑，展開全極耳電池全球競備賽。

據外媒報道稱，LG已經開始為特斯拉4680電池建造一條試驗性生產線。目前正在其Ochang工廠改造部分生產線，裝配和電鍍設備已經安裝完畢，最早有望在年內開始運營；同時，LG計劃為特斯拉公司配套建設先進的鋰電池工廠，工廠地點位于美國和歐洲，并計劃在2023年為特斯拉生產全新4680電池。

松下總裁津賀一宏則表示：“我們已經開始在美國為特斯拉開發全新車用電池4680”。據悉，松下在日本大阪Suminoe工廠為特斯拉準備的一條4680電池試驗性生產線，預計從2021年4月1日開始啟用，并宣布將于下半年在開始美國超級電池工廠量產4680電池。

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最難的不是制造電芯，而是規模化生產

電芯組裝設備尤其關鍵

3電池材料制造商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，降低了電芯層面的制造成本。但最困難的不是制造電芯，而是能否規模化生產。”

特斯拉電池日發布會前，馬斯克也曾表示：新電池技術的量產應用很難，而制造制造電池的設備更難！尤其是在全極耳電池在組裝方面，馬斯克表示最大愿景是實現連續性的組裝生產，實現生產效率成倍增長。

從全極耳電池制造工藝流程來看，前端極片制作和后端檢測激活與傳統電池并無實質變化，變化的關鍵是全極耳制作、連接等電芯組裝段，需要新增全極耳成型、全極耳與集流盤或殼體連接、檢測及連續組裝等工藝和設備。從特斯拉展示的生產視頻來看，特斯拉發布的設備包括涂布、卷繞、灌裝、封裝、注液、干燥、分成化容以及各種高速傳輸裝置等，恰恰未公布其最核心的電芯組裝設備設備。

（特斯拉產線視頻）

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產業協同

助力圓柱全極耳電池創新智造

圓柱全極耳電池在國內并非新興事物，2009年開始就有部分企業開始推出大圓柱電池，其中部分是以全極耳工藝進行連接。目前，國內Top10的圓柱企業多數在全極耳方面有技術儲備/探索性研究，更有不少企業已經有了商業化應用產品（尤其在功率性場合）。

但是，在全球巨頭競相參與全極耳電池競備賽中，圓柱全極耳電池創新與智造需要電池企業、材料企業、設備企業更好的協同，才能加快全極耳電池開發效率、提升電池水平，以確保4680等全極耳電池競備中占據優勢。

截止目前，中國已有140余家企業和機構投入全極耳電池相關研究，已公開全極耳專利共計553項，自特斯拉電池日以來增長340項，增幅達160%。從專利類型來看，圓柱全極耳專利主要涉及電池結構、全極耳工藝、電芯組裝設備、激光焊接及檢測等相關方向。

從企業專利數量分布來看，國內多家TOP10的圓柱電池企業確已全面開始全極耳專利布局。逸飛激光（含武漢逸飛與江蘇逸飛）是所有企業中技術和專利布局最突出的，圓柱全極耳專利共計102項，其中發明專利52項，涉及全極耳極片制作、揉平/端面處理工藝、集流盤結構與焊接工藝、電芯組裝/焊接/檢測設備等多個領域。

逸飛激光位于武漢·中國光谷，成立于2005年，是一家專業從事精密激光焊接設備與智能化生產線研發、設計與制造的國家級高新技術企業。逸飛激光從脈沖激光器研發起步，專注鋰電池激光焊接與組裝設備15年，具備方形/圓柱/軟包電池激光焊接機、全自動激光焊接站、全自動組裝焊接產線和數字化車間等全系列解決方案。公司在新能源汽車動力電池領域擁有眾多世界先進的關鍵工藝技術，產品覆蓋動力電池結構件、電芯、模組、PACK等領域，服務眾多國際一流的動力電池企業。

據悉，逸飛激光從2009年開始投入全極耳技術、工藝與設備研發，目前已經完成從全極耳極片成型、揉平/端面處理、集流盤焊接、激光封焊/滾槽/鐓封/拼焊封口、檢測等全過程技術儲備與設備開發，具備完整的全極耳電池組裝技術；推出試驗單機、半自動工作站、半自動產線、全自動產線與數字化車間等圓柱全極耳全系列“智造”解決方案，完成百余套圓柱全極耳設備交付，獲得眾多頭部電池企業認可；應用產品包括單端全極耳和兩端全極耳等5種全極耳電池結構，產品尺寸全面覆蓋4680在內的直徑18-80mm、長度65-300mm等各個范圍段。

原文標題：【逸飛激光?設備專欄】4680全極耳電池量產之路在何方？

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責任編輯：haq