久鉅智能朱效銘：全極耳大圓柱電池2025年滲透率或達到16%
“隨著新能源汽車的不斷發展，汽車的技術和成本將成為市場競爭的主要要素，以特斯拉為代表的車企，采用全極耳大圓柱鋰電池為動力電池，其特點是具有產品一致性好、能量密度高、生產成本低、安全性能好、快充性能優、電池性價比高的優勢。”日前，寧波久鉅智能裝備有限公司董事長(簡稱“久鉅智能”)朱效銘在電池中國網于上海舉辦的“Li+學社技術大講堂(第20期)”上如是說道。
圖為寧波久鉅智能裝備有限公司董事長朱效銘作主題分享
本期Li+學社技術大講堂聚焦“大圓柱電池的潛在優勢與挑戰”，作為大圓柱鋰電裝備工藝研發生產配套企業，久鉅智能董事長朱效銘以“全極耳大圓柱鋰電池現狀與趨勢”為題，向與會技術大咖詳細介紹了當前大圓柱制造工藝方面的痛點及其解決方案。
朱效銘談道，由于大圓柱鋰電池具有組裝生產線效率高，投資少的優勢;其產品結構簡單，標準化程度高，配件與加工成本低，電池包組裝應用靈活，可適合各種車型，且全極耳結構在容量上可以像方型和軟包鋰電池一樣做大做長，所以發展前景非常廣闊，“全極耳大圓柱鋰電池將是未來動力電池的主流產品，是動力電池的終極技術方向之一。”
事實上，在特斯拉、寶馬、通用、蔚來等主機廠帶動下，電池企業紛紛加碼大圓柱研發和產能布局。據了解，目前包括寧德時代、億緯鋰能、國軒高科、比克電池、遠景動力、蜂巢能源、比亞迪，以及松下電池、LG新能源、三星SDI等國內外電池企業均已在大圓柱領域重點投入。機構預測，到2025年，46系列大圓柱電池總裝機有望達到200GWh，當年裝機滲透率或將達到16%。
大圓柱電池引起產業界廣泛關注，主要得益于全極耳技術的創新突破和應用。據朱效銘介紹，傳統圓柱電池通過單極耳或雙極耳來實現電流收集，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;大圓柱電池采用全極耳技術，即整個集流體都變成極耳，導電路徑不再依賴傳統意義上的極耳，全極耳技術將電子的傳輸路徑從沿極耳到集流盤的橫向傳輸變為集流體縱向傳輸，將電子傳輸路徑平均長度從銅箔長度(21700電池銅箔長度約1000mm)降低到電池高度 (80mm)從而將電池內阻降低一個數量級。
值得注意的是，全極耳大圓柱電池當前也面臨著諸多工藝難點，如極耳揉平、焊接、注液、封口和產品結構設計等。朱效銘表示，上述工序難點直接影響了大圓柱電池的良品率，也影響著生產效率。
“極耳揉平過程中容易產生碎片，揉平是全極耳大圓柱電池的主要瓶頸之一。”據朱效銘介紹，目前全極耳揉平主要有三種工藝：
第一種是以特斯拉為代表的的工藝技術，將極片留白處進行極耳分切，然后邊預折彎邊卷繞，再進行揉平。該工藝極耳排列整齊，電流輸出均勻性好，但缺點是工藝復雜、焊接困難、易焊穿等。
第二種為超聲波揉平工藝。優點是極耳損傷少。但缺點是揉平后極耳形狀一致性差。
第三種為機械揉平工藝。優點是揉平方式簡單、效率高、一致性好、易焊接、不易焊穿，集流圈與極耳焊接良好，但缺點是目前的機械揉平工藝易產生碎片。“如果能研發點出一種微損或無損的揉平結構，是可以實現高效、無損的。”朱效銘補充道。
全極耳焊接方面，朱效銘指出，焊接工藝是全極耳大圓柱電池制造的重中之重，因為其所有工藝都是圍繞焊接展開的，主要涉及到正極極耳與正極集流圈焊接、負極極耳與負極集流焊接、正極集流柱與正極集流圈焊接、正極集流柱與正極集流圈焊接，以及負極相關部件的焊接。
焊接工藝方面分為：激光焊接、超聲波焊接和電阻焊接三種，每種焊接方法均與相應的工藝和材料相匹配。目前以激光焊接為主，相比于電阻焊與超聲波焊接，其應用場景廣，自動化程度高。
封口工藝方面，主要有兩種：滾槽式卷邊封口和焊接封口。朱效銘表示，焊接封口強度可以達到要求，且電池容量高，但是效率相當低;而滾槽式卷邊封口效率可以達到300ppm，但在電池容量上會有所損失。
正極集流柱與外殼組裝工藝方面，據朱效銘介紹，主要有兩種：一種是目前國內通用的，特斯拉也在用的鉚接工藝。該工藝特點是鉚接強度較高，但與正極集流盤焊接較難，組裝效率低。
另一種是由久鉅智能自主研發設計的，電池正極端子與鋼殼的連接方式，不采用鉚接工藝，提供一種新的結構選擇。
注液孔及其封口工藝方面，大圓柱鋰電池由于其容量大，化成過程會產生大量的氣體，且化成過程電液消耗也較大，為確保電池內部零氣壓，同時也考慮補充電解液的需要，采用先注液后化成再密封的生產工藝。與傳統的18650等電池不同，大圓柱鋰電池組裝后，留有注液口，注液完成后預封口，待電池化成后放氣和二次注液后(二次注液工序可選) 再封口。
目前大圓柱電池的注液孔設計方案基本為以下三種：一是，以特斯拉為代表的注液孔設計在負極底蓋中心，注液完成后用密封釘或密封球進行密封。該工藝效率高，但電池的防漏性能有待探討。
第二種是國內企業普遍采用的注液孔工藝，基本設計在正極端平面側方，采用密封釘或焊接密封。該工藝注液效率較低。
第三種是久鉅智能自主研發設計的，將注液孔設計在正極端的集流柱中心。該注液孔工藝正極集流盤焊接簡便，防漏性能好。
總之，大圓柱電池有諸多優點，特別是在效率與產品安全方面優于方型結構。但在汽車應用上，其空間利用率還有待于提高，希望能夠通過電池材料與結構的改進，進一步提高電池容量與效率，彌補其空間利用率的不足。
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