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全极耳圆柱电池技术

招商证券发布的电池与电气系统系列报告指出,全极耳圆柱电池技术经过数年迭代已趋于成熟可用。全极耳工艺直接利用整个集流体尾部作为极耳,大幅降低电芯内阻,提升充放电倍率性能。以亿纬全极耳21700为例,内阻从13mΩ降至5mΩ(-62%),最大放电电流从12.5C提升至17.5C(+40%)。激光焊接设备厂商陆续推出专用解决方案,产线效率最高达450PPM,绿光激光器焊接良率超95%。2025年可能是新圆柱产品放量元年。

全极耳设计原理:缩短电子路径,提升倍率性能

全极耳电池直接利用整个集流体尾部作为极耳,通过盖板结构设计增大极耳传导面积及其连接处的连接面积、缩短极耳传导距离。相比传统单极耳电池电流需沿集流体长距离传输,全极耳电池电流在整个集流体截面均匀分布,内阻大幅降低、温升更均匀。

以亿纬锂能全极耳21700与标准21700对比:最大放电电流从12.5C提升至17.5C(+40%),最大充电电流从1.5C提升至2C(+33%),内阻从≤13mΩ降至≤5mΩ(-62%)。更短的电子通道带来更优的低温性能表现。温度均匀性改善使全极耳电池在高倍率充放电场景下循环寿命和安全性显著优于传统方案。
表1:亿纬标准电池和全极耳电池性能对比
性能指标标准21700全极耳21700提升幅度
最大放电电流12.5C17.5C+40%
最大充电电流1.5C2C+33%
内阻≤13mΩ≤5mΩ-62%
循环寿命600次400次倍率优化

工艺难点突破:极耳收集+激光焊接两大瓶颈

全极耳制作工艺存在两大核心难点。极耳收集方面,当前主要有揉压极耳、切缺极耳、多极耳三种方案:揉压极耳形态不受控易短路;切缺极耳(特斯拉方案)斜切成片卷起,表面起伏度较大;多极耳折叠整齐难度高,极耳位置误差在外圈易被放大。

激光焊接方面,全极耳与集流盘连接从点焊变为面焊,焊接工序和焊接量大幅增加,激光强度和焦距不易控制,易焊穿烧到电芯内部。铜集流盘焊接工艺窗口窄,是全极耳电池高速装配线的瓶颈之一。提升集流盘材料可焊性、提升激光焊技术和在线检测技术是解决难点的主要路径。

激光焊接设备突破:绿光激光器良率超95%

绿色激光技术带来显著提升。紫铜对绿光吸收率约40%,采用绿光激光器焊接飞溅更少、表面更光滑、热影响区域更小。使用连续绿光激光器进行大圆柱锂电池焊接,良率可做到95%以上,较传统红光/红外激光器大幅提升。

激光焊接设备厂商针对性开发专用解决方案。联赢激光2023年发布4680大圆柱电池高速转塔焊接技术,逸飞激光推出直线式、转塔式、磁悬浮式和组合式等多种激光封装产线,在原有产线50PPM基础上优化各项关键核心工艺设备单机运行效率,产线生产效率最高达450PPM(日产45万只电池)。设备端的突破为全极耳电池规模化量产奠定基础。

2025年展望:全极耳技术从“可用”到“放量”

全极耳技术从大圆柱4680向18/21系列小圆柱拓展,从特斯拉独供向宁德时代、亿纬锂能、新能安、蔚蓝锂芯等多厂商放量。全极耳电池优异的充放电倍率、循环性能,未来有望深入eVTOL、机器人、数据中心BBU等新兴市场。

推荐关注全极耳产业链核心标的:亿纬锂能(21700/4680全极耳批量出货)、宁德时代(4680供应宝马)、蔚蓝锂芯(高端电动工具全极耳)、逸飞激光(全极耳激光焊接设备)、科达利(结构件)等。2025年是新圆柱产品放量元年。
点击阅读报告原文: 电力设备及新能源行业电池与电气系统系列报告(110):全极耳技术逐步成熟新圆柱电池开始放量-250114(17页)
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