近年,动力电池在多个应用领域“攻城拔寨”,其中最耀眼的就是电动工具和新能源汽车这两大新型市场。然而,动力电池受其内阻、材料以及形态等诸多因素影响,在上述两大应用领域中渐露瓶颈。基于此,这两年来,全球多家知名电池厂商加快了全极耳电芯的研发,希望用这种全新的电池技术,突破传统电池瓶颈,为电池应用开拓全新的繁盛局面。
自2020年特斯拉提出全极耳电芯的概念后,沉寂两年的全极耳市场,终于迎来一波爆发,各大头部电池厂商,捷报频传,纷纷推出自家的全极耳电芯。接下来,跟随电池交易网一起的盘点下,目前已经正式推出的全极耳电芯。
全极耳电池首先我们先了解全极耳电池,极耳是电芯正负极引出来的金属导电体,与电池壳体或者外部模组结构件进行连接,电流必须流经极耳才能与电池外部连接。根据极耳数量、面积差异,极耳设计可以分为单极耳、双极耳、多极耳以及全极耳等类型。
传统的单极耳设计只能沿着集流体的长度方向传输电荷,传导距离长导致内阻较大,而全极耳设计的电流传输最大距离是电极的高度而非长度,电极高度通常是电极长度的5%—20%,因此电阻相较单极耳减少了5-20倍,从而提高了传输效率,较大地提高了电池的倍率性能。
全极耳电芯汇总目前已官宣推出全极耳电池的企业有11家,分别为Ampace新能安 、BAK比克、BTCAP合盛、CATL宁德时代、EVE亿纬锂能、Gotion国轩高科、Greenway博力威、HENGTAI恒泰、RELiANCE睿恩、Panasonic松下、TESELA特斯拉。
排名不分先后,我们按照品牌首字母进行排序。
Ampace新能安JP403月20日,新能安在第三十七届中国国际五金博览会上首次亮相,发布了Jumbo-Power系列(JP系列)锂电池新品,首款量产产品为JP40。
JP40全极耳电池为圆柱体设计,采用灰色电芯套膜颜色,并且套膜颜色可依据要求进行调整,满足客户的多样化需求。
JP40在大倍率、低温升、高容量和长寿命等方面表现优异,采用电芯全极耳结构设计,正极材料为高能量密度,负极为新型快充石墨及硅碳混合体系,配合超高动力学电解液,实现了高功率、长运行、宽温域、高充电效率和长使用寿命的全面提升。
JP40在各项性能指标上表现出色,可实现40A高功率持续放电6分钟,连续作业时长增加200%;具有5秒140A超大脉冲放电能力,循环寿命突破600次,较传统圆柱电池延长200%。此外,JP40在20分钟内可充至80%电量,充电时间缩短25%,低温应用极限下探至-20℃。新能安通过前沿锂电科技,致力于提升电动工具的性能和用户体验。
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BAK比克4680全极耳电池紧接着,国内知名电池厂商BAK比克在3月19日,深圳——中国国际电池技术展览会(CIBF 2021)上率先推出4680全极耳电池。是国内第一家推出全极耳电池的厂商。
而2024年3月27日,比克电池发布全新一代全极耳小型动力电池产品,以兼顾高功率与高容量的系列配置,瞄准智能生活、电动工具、微交通出行三大细分市场,解决智能终端续航不够、功率不足、充电慢等短板,助力用户体验全面升级。
比克电池第三代小型动力电池采用全极耳设计,呈现出高功率、低内阻、低温升、快充电、长循环、高容量六大特性,最大充电电流提高至5C,最大放电电流提高至25C,使用温度扩宽到-40℃~80℃,解决了圆柱电池传统结构内阻高的痛点,减少充电等待时间,经久耐用,适用更多场景。本次发布的全极耳系列小动力电池,共有三款:21700-40D、21700-45D、21700-50D,应用市场各有侧重。
INR21700-40DINR21700-40D为应对最为严苛的专业级电动工具应用场景而生,充放电倍率更高,达到持续放电100A,脉冲放电140A,12分钟即可充满,寿命长达600周。与传统4.0Ah电动工具锂电池相比,内阻降低80%,放电电流提升120%,循环寿命提高140%。
INR21700-45DINR21700-45D服务于智能清扫工具等消费电子及家用电动工具、电摩等微出行应用场景,兼顾高容量与高功率性能,达到续航时间提升,能量利用率增加,可持续放电70A,内阻只有3.4mΩ,15分钟充满电,轻松应对各类智能生活场景。
INR21700-50DINR21700-50D为适应沙滩、灌木丛、竞速专业赛道等特殊场景的电摩准备,拥有5.0Ah更高容量,可持续60A放电,100A脉冲放电,满足高速电摩长续航和瞬间大电流加速的需求;支持超低温-40℃放电;3.6mΩ内阻实现高效散热,15分钟充电80%,加速微型交通领域电动化,实现畅行无忧。
BTCAP合盛INR21700-42P合盛INR21700-42P,是一款高倍率高容量的全极耳电芯,采用三元锂材料体系,为21700圆柱电池可以被广泛用于电动汽车、电动工具、储能和消费电子等多个领域。
该电池为圆柱型锂离子电池,额定容量为 4200mAh,最低容量为 4100mAh,标称电压为 3.6V,最大工作电压为 4.2V,最小工作电压根据温度有所不同。
电池交流内阻≤5mΩ(1kHz,3.5±0.05V@25±3°C),标准充电电流为 2.1A,最大充电电流为 4.2A,额定放电电流为 2.1A,最大持续放电电流为 45A(2.5V)。工作温度范围为充电 0 - 45°C、放电 - 40 - 60°C,电池表面温度范围更广。存储温度范围根据时间不同有所变化,标准循环寿命≥700 次。
电池结构尺寸为直径 121.65±0.2mm,高度 70.50±0.2mm(带套管状态)。产品标识包括型号、特性、电压、容量、电量、负极等信息。
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INR21700-40P合盛INR21700-40P,同样是一款高倍率高容量的全极耳电芯,采用三元锂材料体系,为21700圆柱电池可以被广泛用于电动汽车、电动工具、储能和消费电子等多个领域。
该电池为圆柱型锂离子电池,额定容量为 4000mAh,最低容量为 3900mAh,标称电压为 3.6V,最大工作电压为 4.2V,最小工作电压为 2.5V。直流内阻为 8mΩ(10ms,4.2V@25±3°C),交流内阻<5mΩ(1kHz,3.5±0.05V@25±3°C)。
标准充电电流为 2.0A,最大充电电流为 8.0A,额定放电电流为 2.0A,最大持续放电电流为 70A(17.5C,2.5V)。工作温度范围为充电 0 - 45°C、放电 - 40 - 60°C,电池表面温度范围更广。
存储温度范围根据时间不同有所变化,高倍率循环≥400 次,标准循环寿命≥700 次。
电池结构尺寸为直径 121.65±0.10mm,高度 70.50±0.10mm(带套管状态)。产品标识包括型号、特性、电压、容量、电量、负极等信息。
CATL宁德时代34207-23Ah宁德时代34207-23Ah,是一款高倍率高容量的全极耳电芯,采用LFP磷酸铁锂材料体系,可以被广泛用于电动汽车、电动工具、储能和消费电子等多个领域。
电池材料体系为LFP磷酸铁锂,其电性能指标包括标称容量≥23Ah、最小容量>22.5Ah、放电能量>73.6Wh、标称电压 3.22V 等。工作电压范围在温度 T>0°C 时为 2.5 - 3.65V,T<0°C 时为 2.0 - 3.65V。电池内阻(1KHz)在新电池 50% SOC 状态下为 0.9 - 1.8mΩ,出货电压为 3.295 - 3.305mV,工作温度(充电)为 - 20 - 60°C,(放电)为 - 30 - 60°C,循环寿命≥2000 循环,建议 SOC 使用范围为 3% - 100%(25°C),电池重量为 402±10g。
充电模式方面,标准充电电流为 7.5A,电压为 3.65V,模式为 0.3CCC to3.55V,0.2CCV to3.65V,截止电流 100mA,温度为 25±2°C。放电模式中,标准放电为 0.33C(25°C),最大持续放电电流为 3C(60s),标准放电温度为 25±2°C,放电温度范围为 - 30°C - 60°C。
脉冲放电和再生脉冲充电需严格符合规格书条件,违反可能导致电芯损坏并免除 CATL 的质量责任。高低温放电容量方面,25°C 放电容量为 100%,55°C 放电容量≥100%, - 20°C 放电容量>65%。电池自放电率首月≤3.5%,每 30 天<2%(标准充电到 100% 的充电状态,25°C 温度储存)。
34189-20Ah宁德时代34189-20Ah,是一款高倍率高容量的全极耳电芯,采用LFP磷酸铁锂材料体系,可以被广泛用于电动汽车、电动工具、储能和消费电子等多个领域。
电池材料体系为LFP磷酸铁锂,电性能指标方面,标称容量为 20Ah,最小容量为 19.5Ah,标称电压为 3.22V,工作电压在温度 T>0°C 时为 2.5 - 3.65V,T<0°C 时为 2.0 - 3.65V,电池内阻(1KHz)在新电池状态(50% SOC)下为 1.2±0.5mΩ,出货容量为 10±0.5Ah,月自放电<3.5%(25°C,50% SOC,新电池存储 3 个月后),工作温度(充电)为 - 20 - 65°C,(放电)为 - 30 - 65°C,电池重量为 0.370±0.010Kg,电池尺寸为直径 × 肩高 = 34mm×184mm,电芯循环≥2000cycles(25°C)、≥1500cycles(45°C)(标准充放电流程 @80% SOH)。
充电模式中,标准充电电流为 1.0C,电压为 3.65V,模式为 1.0C CC to 3.55V,0.2CCV to 3.65V,截止电流 100mA,温度为 25±2°C,绝对充电温度(电芯温度)为 - 20 - 65°C,绝对充电电压最大为 3.65V。放电模式中,标准放电电流为 1.0C,最大持续放电电流为 3C(60s),放电截止电压在温度 T>0°C 时为 2.5V,T<0°C 时为 2.0V,标准放电温度为 25±2°C,绝对放电温度为 - 30 - 65°C。
低温容量方面,0°C 的容量≥90%, - 10°C 的容量>80%, - 20°C 的容量为 70%(均为新电池状态,以 20Ah 为基准)。安全与可靠性方面,过充测试和振动测试需符合相关标准。
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EVE亿纬锂能INR18650 30PL3月20日,亿纬锂能“极致创新,绿色未来”主题发布会,面向全球首次发布高倍率、高容量的全极耳新品18650 30PL。
会上,亿纬锂能V圆柱电池研究所经理李毛齐首次发布18650 30PL全极耳新品,紧密贴合全球电动工具市场需求,直击工具行业发展痛点,赋能行业加速迈进高技术、高智能、高安全、高可靠时代。
由亿纬锂能自主研发的18650 30PL,采用全极耳电池结构的创新设计,可有效降低电池阻抗,提升电池功率,在实现整体轻量化、小型化的同时,能量密度高达249Wh/kg,可实现8min超快充,支持最大60A持续放电,30A持续放电时长提升100%,40A大倍率循环600周,支持-40℃放电,满足产品长循环要求,全方位提升用户使用体验。
INR21700 40PL亿纬锂能INR 21700 40PL电芯为21700圆柱形电池,采用蓝色电芯套膜颜色,套膜素净光滑,无污痕及形变,包裹严实。
亿纬锂能 INR 21700 40PL,标称电压3.6V,标准容量4000mA,充电截至电压4.2V,放电终止电压2.5V,标准充电电流2A(0.5C),最大充电电流8A(2C),标准放电电流0.8A(0.2C),最大放电电流70A(17.5C),内阻≤5mΩ,重量67g,工作温度-20~80℃,循环寿命达400次。
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4680全极耳电池亿纬有一款与以色列公司StoreDot开发4680快充型电芯,这款电芯在设计上由StoreDot进行,亿纬锂能主要负责它的生产,包括试验产线、小批量和量产。根据StoreDot的规划,量产将于2024年实现。StoreDot的这款4680电芯主要的产品特征如下:
主要信息如下:
正极:NCM 811
负极:硅
比能:300Wh/kg
快充:10分钟0-80%SOC
成本:80美元/kWh(2024年)
寿命:1500 cycles(2024年量产)
4695E全极耳电芯亿纬锂能4695E全极耳电芯,额定容量 30Ah(1/3C,25±2℃,2.8-4.2V),额定能量 110Wh(1/3C,25±2℃,2.8-4.2V),内阻≤1.8mΩ,标称电压 3.67V,电池重量(包膜)415±10g,充电限制电压 4.2V,放电截止电压2.8V(0~55℃)2.5V(-20~0℃),标准充放电电流 10A,最大持续充电电流 1C,最大放电电流 4C。
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Gotion国轩高科4695星晨电池46系列大圆柱电池,早年间由特斯拉带火4680电芯。而国轩高科,已将46系列电池更新到了4695型号——星晨电池。
全新的4695星晨电池使用国轩高科自研的第二代硅碳材料、极速电解液,在设计上采取梯度电极和全新结构件,实现了电芯能量密度高、充电速度快。具体数据而言,能量密度达285Wh/kg,在常温状态下循环2500次仍然保持70%的健康状态,可应用4C快充,实现9分钟内从10%补能达到70%。
安全设计方面,星晨电池Pack可在 3 秒内释放70%热量,做到热电分离,号称“永不起火”。另外星晨电池还配备了无线 BMS 技术和多面强效冷却技术,提升电池的安全性和可靠性。
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Greenway博力威金箍棒34145电池金箍棒34145电池,博力威专为两动电轮车而生的安全型锂电池。金箍棒34145电池从电芯结构设计与创新、材料与工艺设计开发方面阐释了大圆柱全极耳钢壳结构锂电池的特点与优势:低内阻、散热快、效率高;强度高、抗冲击;产品一致性好、安全可靠。
博力威换电解决方案采用金箍棒34145磷酸铁锂(15AH),产品具有超长使用寿命,循环寿命在3500次以上;安全可靠,可通过冲击、针刺、挤压、防水等严苛安全测试;更长的续航里程,做到骑行无忧。
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HENGTAI恒泰46135 LFP全极耳电池2023年11月1日,恒泰科技年产1GWh新一代全极耳大圆柱46系列电池项目已获得环评批复。该项目总投资3亿元,占地面积超过30亩,可实现年产46系列电池1800万只/年。项目目前处于设备安装调试阶段。
产品定义上,恒泰科技选择了46135(即直径46mm、高135mm)LFP全极耳电池。
和汽车应用领域的4680和4695电芯略有不同,恒泰科技的46135LFP电池的结构特点为全极耳、双极柱、双防爆阀和全激光焊接工艺成型。据白文平介绍,全极耳是46大圆柱实现所有优异性能的基础,双极柱则是为了满足更多小型储能、户用储能和其他系统集成商的需求;双防爆阀的设计,可以在特殊情况下通过快速泄压来保证安全。目前,公司已拥有21项自主技术专利,其中14项获得授权。
基于以上先进技术和产品设计,恒泰46135LFP电池具备了安全性好、一致性高、循环寿命长、低温升等显著优势。
恒泰46135 LFP电池采用全极耳工艺,显著降低了内阻,均值为0.95毫欧,分布在0.92-1.1毫欧之间,远低于行业标准。这种设计使其内阻值为传统圆柱电池的1/10至1/20,并有效减少了在Pack和系统集成过程中特别是小高压系统制造运行中的短路风险。选择磷酸铁锂作为电化学体系,确保了电池的稳定性和安全性。
在1C/1C充放倍率条件下,该电池可实现4000次循环,在1C/2C条件下则超过3000次,显著优于市场上其他同类产品,降低了用户的全生命周期使用成本。恒泰科技通过全极耳结构优化、网状覆合导电技术等,实现了0.9-1.1毫欧的超低内阻,使电池具有充放电低温升特性。测试显示,在5C充电倍率下,最高温升为60度,在3C、2C、1C条件下最高温升不超过20度,有效简化了系统集成热失控管理,降低了运行成本。
Panasonic松下4680全极耳电池日本松下控股周一(9月9日)表示,其能源部门已完成批量生产4680块电动汽车电池的准备工作,该公司正寻求开始向汽车制造商供应电池。
松下能源是美国电动汽车巨头特斯拉的主要供应商之一,该公司生产的4680电池顾名思义,就是指直径46毫米、高度80毫米的圆柱锂电池,这种电池的容量是2170圆柱电池的五倍。
RELiANCE 睿恩21700全极耳电芯3月21日,江苏睿恩新能源科技有限公司与大艺科技签订战略合作协议,建立深度战略合作伙伴关系。依托睿恩新能源的产品,大艺科技开发了一系列高端工具产品,并在近期发布会上推出了20V平台高能锂电池,预计全极耳电池产品将于第二季度投放市场。
睿恩新能源研发的全极耳大圆柱电池性能显著优于传统电池。与传统极耳结构相比,这些电池的内阻降低了70%,支持更大倍率放电,工作温升降低30%,全生命周期能量释放比传统电池提高80%。单并全极耳21700电芯可直接替代双并18650电芯,在满足相同能量和功率输出的前提下,重量和体积减少30%,降低PACK成本。该电池在放电能力测试中可以进行超过100A的持续放电,支持≥3C的充电倍率,且不影响循环寿命,实现10分钟内从0到80%的快速充电。
TESELA特斯拉4680全极耳电池特斯拉是最早推出全极耳电池的企业,并将全极耳电池的概念和应用场景带到公众面前。2020年9月23日,特斯拉电池日活动上发布4680全极耳电芯,4680 电芯的尺寸为直径 46 mm、高 80 mm 的圆柱电池。
相较于之前的2170电池,新电池的电芯容量是2170电池的5倍,充电功率提高6倍,每千瓦时的成本降低约14%,续驶里程提高16%。特斯拉预计在2022年实现量产 。
2022年1月,特斯拉宣布在美国加州弗里蒙特工厂第100万个4680电池成功下线,开启大圆柱电池规模生产新阶段。 特斯拉目前已规划在美国加利福尼亚州、德克萨斯州、内华达州以及德国柏林的四个超级工厂自产4680电池。
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电池交易网总结总体来看,目前汇总的这些全极耳电芯,从尺寸来看,21700型号依旧还是主流,但是46开头的大圆柱电芯是主要趋势,大圆柱+全极耳的电池类型兼具了高能量密度和高倍率特性,在新能源汽车等应用上很有市场。从材料体系上看,目前高镍三元锂为主流,磷酸铁锂相对较少;而从容量段分析,传统的18650、21700尺寸下,容量没有多大突破。但是大圆柱电池,容量基本都在20000mAh以上,甚至能达到30000mAh,刷新了圆柱电池的容量上限。
这些全极耳电池,重新定义了高性能电池的标准,极大提升了电池技术的整体水平。未来,随着全极耳电芯的成本进一步下降,全极耳电芯的全面应用将不会太远。届时,由全极耳电芯引发的电池产业升级,将为电源类产品的未来发展带来了无限可能。