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摘要
新电池技术的量产应用很难，而制造制造电池的设备更难！尤其是在全极耳电池在组装方面，马斯克表示最大愿景是实现连续性的组装生产，实现生产效率成倍增长。
年9月22日，特斯拉“电池日”发布“无极耳电池”，新电池能量提升5倍，功率提升6倍，同时成本降低14%、续航里程提高16%。
“无极耳电池”更准确的翻译应该是“全极耳电池”，就是把整个正/负极集流体都变成极耳，通过集流体与电池壳体或集流盘的全面积连接，大幅降低电池内阻和发热量，解决高能量密度电芯的发热问题，并提高充放电峰值功率，帮助突破圆柱电池做大的瓶颈，正式拉开特斯拉TWH时代的大幕。
01
全极耳成数量级的降低电池内阻和产热速率为什么是全极耳？
电芯尺寸越大活性物质占比越高，系统集成效率也更高，有助于提高系统能量密度，降低系统成本，无论是特斯拉还是比亚迪刀片电池实质都是基于这一原理的设计。但是，电池放电过程中电流通过铜箔、铝箔汇集，并通过极耳导出到外电路，由于电阻的存在，电池在充放电的过程中，特别是大电流充放电的过程中会产生显著的欧姆热，引起电池温度的升高，越粗越大的电芯发热越多、散热越难，因此，如何解决电芯尺寸做大和发热减少的悖论成为其中关键。
可见，全极耳电池并不仅仅是变大变粗那么简单。据专业人士分析：
传统的圆柱体电池都是卷绕方式，分为正负极铜箔、铝箔隔膜叠加起来卷绕，为了引出电极会在铜箔和铝箔两端分别焊接一个引出线叫极耳。传统的电池卷绕长度是mm，以导电性更好的铜箔为例，极耳从铜箔上把电导出来长度最长就是mm，相当于电流要通过mm长的导线。通过计算得到电阻大约是20mΩ，电池更粗一些卷绕长度大约是mm长电阻约23mΩ，这么长的铜箔为保证低的电阻，对铜箔厚度和一致性都会有极高的要求。
特斯拉电池为例，全极耳电池把整个集流体都变成极耳，导电路径不再依赖极耳，电流从沿极耳到集流盘横向传输变为集流体纵向传输，整个导电长度由或者铜箔长度的～mm变成了80mm（电池高度）。将导电长度，代入铜电阻计算公式后电阻一下子就降到2mΩ，根据欧姆定理计算，电池内阻消耗由2瓦特一下子降到0.2瓦特，直接降低一个数量级。
为研究极耳对于锂电池充放电是发热和内部温升的影响，英国帝国理工大学的ShenLi等人以模拟仿真的方法，研究了单极耳1（正负极极耳均在电极的头部）、单极耳2（负极极耳在电极的头部，正极极耳在电极的1/3处）、三极耳（极耳均匀的分布在电极上）、全极耳（22个极耳均匀的分布在电极上）三种结构进行充放电发热对比。
从研究结果来看极耳数量越多电池内部温升越不明显，且靠近极耳的位置电池的电流密度更大，因此极耳处产热速率也更快，从而造成局部温度升高更大；全极耳设计能够有效的降低局部的电流密度，从而减轻温度-电流的正反馈，使得全极耳电池的产热速率要比单极耳电池低两个数量级。研究证明，全极耳电池在降低发热量，解决高能量密度电芯的散热问题上具有绝对的优势。（引自新能源Leader）
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特斯拉电池量产难LG/松下抢跑参与竟备全极耳电池优势如此明显，特斯拉为什么没有第一时间量产全极耳电池？
马斯克在电池日发布会上曾表示，特斯拉正在美国加州的弗里蒙特电动车工厂内部建设电池的试验性生产线，已“接近完工”，争取一年的时间内达到1千兆瓦的产能，三年内全面量产。但特斯拉未能展示电池实物，电池日当天特斯拉股价重挫7%！
特斯拉全极耳电池发布后，全球多家汽车巨头跟进并调整电池路线，韩国LG与日本松下等多家全球巨头纷纷抢跑，展开全极耳电池全球竞备赛。
据外媒报道称，LG已经开始为特斯拉电池建造一条试验性生产线。目前正在其Ochang工厂改造部分生产线，装配和电镀设备已经安装完毕，最早有望在年内开始运营；同时，LG计划为特斯拉公司配套建设先进的锂电池工厂，工厂地点位于美国和欧洲，并计划在年为特斯拉生产全新电池。
松下总裁津贺一宏则表示：“我们已经开始在美国为特斯拉开发全新车用电池”。据悉，松下在日本大阪Suminoe工厂为特斯拉准备的一条电池试验性生产线，预计从年4月1日开始启用，并宣布将于下半年在开始美国超级电池工厂量产电池。
03
最难的不是制造电芯，而是规模化生产电芯组装设备尤其关键电池材料制造商SilaNanotechnologies的CEO及联合创始人、前特斯拉电池系统架构师吉恩·贝尔蒂切夫斯基（GeneBerdichevsky）曾表示：“全极耳是最具体、最可见，可能也是最有影响力的全新电芯设计。这是个非常好的设计，降低了电芯层面的制造成本。但最困难的不是制造电芯，而是能否规模化生产。”
特斯拉电池日发布会前，马斯克也曾表示：新电池技术的量产应用很难，而制造制造电池的设备更难！尤其是在全极耳电池在组装方面，马斯克表示最大愿景是实现连续性的组装生产，实现生产效率成倍增长。
从全极耳电池制造工艺流程来看，前端极片制作和后端检测激活与传统电池并无实质变化，变化的关键是全极耳制作、连接等电芯组装段，需要新增全极耳成型、全极耳与集流盘或壳体连接、检测及连续组装等工艺和设备。从特斯拉展示的生产视频来看，特斯拉发布的设备包括涂布、卷绕、灌装、封装、注液、干燥、分成化容以及各种高速传输装置等，恰恰未公布其最核心的电芯组装设备设备。
（特斯拉产线视频）04
产业协同助力圆柱全极耳电池创新智造圆柱全极耳电池在国内并非新兴事物，年开始就有部分企业开始推出大圆柱电池，其中部分是以全极耳工艺进行连接。目前，国内Top10的圆柱企业多数在全极耳方面有技术储备/探索性研究，更有不少企业已经有了商业化应用产品（尤其在功率性场合）。
但是，在全球巨头竞相参与全极耳电池竞备赛中，圆柱全极耳电池创新与智造需要电池企业、材料企业、设备企业更好的协同，才能加快全极耳电池开发效率、提升电池水平，以确保等全极耳电池竞备中占据优势。
截止目前，中国已有余家企业和机构投入全极耳电池相关研究，已公开全极耳专利共计项，自特斯拉电池日以来增长项，增幅达%。从专利类型来看，圆柱全极耳专利主要涉及电池结构、全极耳工艺、电芯组装设备、激光焊接及检测等相关方向。
从企业专利数量分布来看，国内多家TOP10的圆柱电池企业确已全面开始全极耳专利布局。逸飞激光（含武汉逸飞与江苏逸飞）是所有企业中技术和专利布局最突出的，圆柱全极耳专利共计项，其中发明专利52项，涉及全极耳极片制作、揉平/端面处理工艺、集流盘结构与焊接工艺、电芯组装/焊接/检测设备等多个领域。
逸飞激光位于武汉·中国光谷，成立于年，是一家专业从事精密激光焊接设备与智能化生产线研发、设计与制造的国家级高新技术企业。逸飞激光从脉冲激光器研发起步，专注锂电池激光焊接与组装设备15年，具备方形/圆柱/软包电池激光焊接机、全自动激光焊接站、全自动组装焊接产线和数字化车间等全系列解决方案。公司在新能源汽车动力电池领域拥有众多世界先进的关键工艺技术，产品覆盖动力电池结构件、电芯、模组、PACK等领域，服务众多国际一流的动力电池企业。
据悉，逸飞激光从年开始投入全极耳技术、工艺与设备研发，目前已经完成从全极耳极片成型、揉平/端面处理、集流盘焊接、激光封焊/滚槽/镦封/拼焊封口、检测等全过程技术储备与设备开发，具备完整的全极耳电池组装技术；推出试验单机、半自动工作站、半自动产线、全自动产线与数字化车间等圆柱全极耳全系列“智造”解决方案，完成百余套圆柱全极耳设备交付，获得众多头部电池企业认可；应用产品包括单端全极耳和两端全极耳等5种全极耳电池结构，产品尺寸全面覆盖在内的直径18-80mm、长度65-mm等各个范围段。
声明：本文章属高工锂电原创（