前言

近年,動力電池在多個應用領域“攻城拔寨”,其中最耀眼的就是電動工具和新能源汽車這兩大新型市場。然而,動力電池受其內阻、材料以及形態等諸多因素影響,在上述兩大應用領域中漸露瓶頸。基于此,這兩年來,全球多家知名電池廠商加快了全極耳電芯的研發,希望用這種全新的電池技術,突破傳統電池瓶頸,為電池應用開拓全新的繁盛局面。

自2020年特斯拉提出全極耳電芯的概念后,沉寂兩年的全極耳市場,終于迎來一波爆發,各大頭部電池廠商,捷報頻傳,紛紛推出自家的全極耳電芯。接下來,跟隨電池交易網一起的盤點下,目前已經正式推出的全極耳電芯。

全極耳電池

首先我們先了解全極耳電池,極耳是電芯正負極引出來的金屬導電體,與電池殼體或者外部模組結構件進行連接,電流必須流經極耳才能與電池外部連接。根據極耳數量、面積差異,極耳設計可以分為單極耳、雙極耳、多極耳以及全極耳等類型。

傳統的單極耳設計只能沿著集流體的長度方向傳輸電荷,傳導距離長導致內阻較大,而全極耳設計的電流傳輸最大距離是電極的高度而非長度,電極高度通常是電極長度的5%—20%,因此電阻相較單極耳減少了5-20倍,從而提高了傳輸效率,較大地提高了電池的倍率性能。

全極耳電芯匯總

目前已官宣推出全極耳電池的企業有11家,分別為Ampace新能安 、BAK比克、BTCAP合盛、CATL寧德時代、EVE億緯鋰能、Gotion國軒高科、Greenway博力威、HENGTAI恒泰、RELiANCE睿恩、Panasonic松下、TESELA特斯拉。

排名不分先后,我們按照品牌首字母進行排序。

Ampace新能安

JP40

3月20日,新能安在第三十七屆中國國際五金博覽會上首次亮相,發布了Jumbo-Power系列(JP系列)鋰電池新品,首款量產產品為JP40。

JP40全極耳電池為圓柱體設計,采用灰色電芯套膜顏色,并且套膜顏色可依據要求進行調整,滿足客戶的多樣化需求。

JP40在大倍率、低溫升、高容量和長壽命等方面表現優異,采用電芯全極耳結構設計,正極材料為高能量密度,負極為新型快充石墨及硅碳混合體系,配合超高動力學電解液,實現了高功率、長運行、寬溫域、高充電效率和長使用壽命的全面提升。

JP40在各項性能指標上表現出色,可實現40A高功率持續放電6分鐘,連續作業時長增加200%;具有5秒140A超大脈沖放電能力,循環壽命突破600次,較傳統圓柱電池延長200%。此外,JP40在20分鐘內可充至80%電量,充電時間縮短25%,低溫應用極限下探至-20℃。新能安通過前沿鋰電科技,致力于提升電動工具的性能和用戶體驗。

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BAK比克

4680全極耳電池

緊接著,國內知名電池廠商BAK比克在3月19日,深圳——中國國際電池技術展覽會(CIBF 2021)上率先推出4680全極耳電池。是國內第一家推出全極耳電池的廠商。

而2024年3月27日,比克電池發布全新一代全極耳小型動力電池產品,以兼顧高功率與高容量的系列配置,瞄準智能生活、電動工具、微交通出行三大細分市場,解決智能終端續航不夠、功率不足、充電慢等短板,助力用戶體驗全面升級。

比克電池第三代小型動力電池采用全極耳設計,呈現出高功率、低內阻、低溫升、快充電、長循環、高容量六大特性,最大充電電流提高至5C,最大放電電流提高至25C,使用溫度擴寬到-40℃~80℃,解決了圓柱電池傳統結構內阻高的痛點,減少充電等待時間,經久耐用,適用更多場景。本次發布的全極耳系列小動力電池,共有三款:21700-40D、21700-45D、21700-50D,應用市場各有側重。

INR21700-40D

INR21700-40D為應對最為嚴苛的專業級電動工具應用場景而生,充放電倍率更高,達到持續放電100A,脈沖放電140A,12分鐘即可充滿,壽命長達600周。與傳統4.0Ah電動工具鋰電池相比,內阻降低80%,放電電流提升120%,循環壽命提高140%。

INR21700-45D

INR21700-45D服務于智能清掃工具等消費電子及家用電動工具、電摩等微出行應用場景,兼顧高容量與高功率性能,達到續航時間提升,能量利用率增加,可持續放電70A,內阻只有3.4mΩ,15分鐘充滿電,輕松應對各類智能生活場景。

INR21700-50D

INR21700-50D為適應沙灘、灌木叢、競速專業賽道等特殊場景的電摩準備,擁有5.0Ah更高容量,可持續60A放電,100A脈沖放電,滿足高速電摩長續航和瞬間大電流加速的需求;支持超低溫-40℃放電;3.6mΩ內阻實現高效散熱,15分鐘充電80%,加速微型交通領域電動化,實現暢行無憂。

BTCAP合盛

INR21700-42P

合盛INR21700-42P,是一款高倍率高容量的全極耳電芯,采用三元鋰材料體系,為21700圓柱電池可以被廣泛用于電動汽車、電動工具、儲能和消費電子等多個領域。

該電池為圓柱型鋰離子電池,額定容量為 4200mAh,最低容量為 4100mAh,標稱電壓為 3.6V,最大工作電壓為 4.2V,最小工作電壓根據溫度有所不同。

電池交流內阻≤5mΩ(1kHz,3.5±0.05V@25±3°C),標準充電電流為 2.1A,最大充電電流為 4.2A,額定放電電流為 2.1A,最大持續放電電流為 45A(2.5V)。工作溫度范圍為充電 0 - 45°C、放電 - 40 - 60°C,電池表面溫度范圍更廣。存儲溫度范圍根據時間不同有所變化,標準循環壽命≥700 次。

電池結構尺寸為直徑 121.65±0.2mm,高度 70.50±0.2mm(帶套管狀態)。產品標識包括型號、特性、電壓、容量、電量、負極等信息。

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INR21700-40P

合盛INR21700-40P,同樣是一款高倍率高容量的全極耳電芯,采用三元鋰材料體系,為21700圓柱電池可以被廣泛用于電動汽車、電動工具、儲能和消費電子等多個領域。

該電池為圓柱型鋰離子電池,額定容量為 4000mAh,最低容量為 3900mAh,標稱電壓為 3.6V,最大工作電壓為 4.2V,最小工作電壓為 2.5V。直流內阻為 8mΩ(10ms,4.2V@25±3°C),交流內阻<5mΩ(1kHz,3.5±0.05V@25±3°C)。

標準充電電流為 2.0A,最大充電電流為 8.0A,額定放電電流為 2.0A,最大持續放電電流為 70A(17.5C,2.5V)。工作溫度范圍為充電 0 - 45°C、放電 - 40 - 60°C,電池表面溫度范圍更廣。

存儲溫度范圍根據時間不同有所變化,高倍率循環≥400 次,標準循環壽命≥700 次。

電池結構尺寸為直徑 121.65±0.10mm,高度 70.50±0.10mm(帶套管狀態)。產品標識包括型號、特性、電壓、容量、電量、負極等信息。

CATL寧德時代

34207-23Ah

寧德時代34207-23Ah,是一款高倍率高容量的全極耳電芯,采用LFP磷酸鐵鋰材料體系,可以被廣泛用于電動汽車、電動工具、儲能和消費電子等多個領域。

電池材料體系為LFP磷酸鐵鋰,其電性能指標包括標稱容量≥23Ah、最小容量>22.5Ah、放電能量>73.6Wh、標稱電壓 3.22V 等。工作電壓范圍在溫度 T>0°C 時為 2.5 - 3.65V,T<0°C 時為 2.0 - 3.65V。電池內阻(1KHz)在新電池 50% SOC 狀態下為 0.9 - 1.8mΩ,出貨電壓為 3.295 - 3.305mV,工作溫度(充電)為 - 20 - 60°C,(放電)為 - 30 - 60°C,循環壽命≥2000 循環,建議 SOC 使用范圍為 3% - 100%(25°C),電池重量為 402±10g。

充電模式方面,標準充電電流為 7.5A,電壓為 3.65V,模式為 0.3CCC to3.55V,0.2CCV to3.65V,截止電流 100mA,溫度為 25±2°C。放電模式中,標準放電為 0.33C(25°C),最大持續放電電流為 3C(60s),標準放電溫度為 25±2°C,放電溫度范圍為 - 30°C - 60°C。

脈沖放電和再生脈沖充電需嚴格符合規格書條件,違反可能導致電芯損壞并免除 CATL 的質量責任。高低溫放電容量方面,25°C 放電容量為 100%,55°C 放電容量≥100%, - 20°C 放電容量>65%。電池自放電率首月≤3.5%,每 30 天<2%(標準充電到 100% 的充電狀態,25°C 溫度儲存)。

34189-20Ah

寧德時代34189-20Ah,是一款高倍率高容量的全極耳電芯,采用LFP磷酸鐵鋰材料體系,可以被廣泛用于電動汽車、電動工具、儲能和消費電子等多個領域。

電池材料體系為LFP磷酸鐵鋰,電性能指標方面,標稱容量為 20Ah,最小容量為 19.5Ah,標稱電壓為 3.22V,工作電壓在溫度 T>0°C 時為 2.5 - 3.65V,T<0°C 時為 2.0 - 3.65V,電池內阻(1KHz)在新電池狀態(50% SOC)下為 1.2±0.5mΩ,出貨容量為 10±0.5Ah,月自放電<3.5%(25°C,50% SOC,新電池存儲 3 個月后),工作溫度(充電)為 - 20 - 65°C,(放電)為 - 30 - 65°C,電池重量為 0.370±0.010Kg,電池尺寸為直徑 × 肩高 = 34mm×184mm,電芯循環≥2000cycles(25°C)、≥1500cycles(45°C)(標準充放電流程 @80% SOH)。

充電模式中,標準充電電流為 1.0C,電壓為 3.65V,模式為 1.0C CC to 3.55V,0.2CCV to 3.65V,截止電流 100mA,溫度為 25±2°C,絕對充電溫度(電芯溫度)為 - 20 - 65°C,絕對充電電壓最大為 3.65V。放電模式中,標準放電電流為 1.0C,最大持續放電電流為 3C(60s),放電截止電壓在溫度 T>0°C 時為 2.5V,T<0°C 時為 2.0V,標準放電溫度為 25±2°C,絕對放電溫度為 - 30 - 65°C。

低溫容量方面,0°C 的容量≥90%, - 10°C 的容量>80%, - 20°C 的容量為 70%(均為新電池狀態,以 20Ah 為基準)。安全與可靠性方面,過充測試和振動測試需符合相關標準。

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EVE億緯鋰能

INR18650 30PL

3月20日,億緯鋰能“極致創新,綠色未來”主題發布會,面向全球首次發布高倍率、高容量的全極耳新品18650 30PL。

會上,億緯鋰能V圓柱電池研究所經理李毛齊首次發布18650 30PL全極耳新品,緊密貼合全球電動工具市場需求,直擊工具行業發展痛點,賦能行業加速邁進高技術、高智能、高安全、高可靠時代。

由億緯鋰能自主研發的18650 30PL,采用全極耳電池結構的創新設計,可有效降低電池阻抗,提升電池功率,在實現整體輕量化、小型化的同時,能量密度高達249Wh/kg,可實現8min超快充,支持最大60A持續放電,30A持續放電時長提升100%,40A大倍率循環600周,支持-40℃放電,滿足產品長循環要求,全方位提升用戶使用體驗。

INR21700 40PL

億緯鋰能INR 21700 40PL電芯為21700圓柱形電池,采用藍色電芯套膜顏色,套膜素凈光滑,無污痕及形變,包裹嚴實。

億緯鋰能 INR 21700 40PL,標稱電壓3.6V,標準容量4000mA,充電截至電壓4.2V,放電終止電壓2.5V,標準充電電流2A(0.5C),最大充電電流8A(2C),標準放電電流0.8A(0.2C),最大放電電流70A(17.5C),內阻≤5mΩ,重量67g,工作溫度-20~80℃,循環壽命達400次。

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4680全極耳電池

億緯有一款與以色列公司StoreDot開發4680快充型電芯,這款電芯在設計上由StoreDot進行,億緯鋰能主要負責它的生產,包括試驗產線、小批量和量產。根據StoreDot的規劃,量產將于2024年實現。StoreDot的這款4680電芯主要的產品特征如下:

主要信息如下:

正極:NCM 811

負極:硅

比能:300Wh/kg

快充:10分鐘0-80%SOC

成本:80美元/kWh(2024年)

壽命:1500 cycles(2024年量產)

4695E全極耳電芯

億緯鋰能4695E全極耳電芯,額定容量 30Ah(1/3C,25±2℃,2.8-4.2V),額定能量 110Wh(1/3C,25±2℃,2.8-4.2V),內阻≤1.8mΩ,標稱電壓 3.67V,電池重量(包膜)415±10g,充電限制電壓 4.2V,放電截止電壓2.8V(0~55℃)2.5V(-20~0℃),標準充放電電流 10A,最大持續充電電流 1C,最大放電電流 4C。

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Gotion國軒高科

4695星晨電池

46系列大圓柱電池,早年間由特斯拉帶火4680電芯。而國軒高科,已將46系列電池更新到了4695型號——星晨電池。

全新的4695星晨電池使用國軒高科自研的第二代硅碳材料、極速電解液,在設計上采取梯度電極和全新結構件,實現了電芯能量密度高、充電速度快。具體數據而言,能量密度達285Wh/kg,在常溫狀態下循環2500次仍然保持70%的健康狀態,可應用4C快充,實現9分鐘內從10%補能達到70%。

安全設計方面,星晨電池Pack可在 3 秒內釋放70%熱量,做到熱電分離,號稱“永不起火”。另外星晨電池還配備了無線 BMS 技術和多面強效冷卻技術,提升電池的安全性和可靠性。

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Greenway博力威

金箍棒34145電池

金箍棒34145電池,博力威專為兩動電輪車而生的安全型鋰電池。金箍棒34145電池從電芯結構設計與創新、材料與工藝設計開發方面闡釋了大圓柱全極耳鋼殼結構鋰電池的特點與優勢:低內阻、散熱快、效率高;強度高、抗沖擊;產品一致性好、安全可靠。

博力威換電解決方案采用金箍棒34145磷酸鐵鋰(15AH),產品具有超長使用壽命,循環壽命在3500次以上;安全可靠,可通過沖擊、針刺、擠壓、防水等嚴苛安全測試;更長的續航里程,做到騎行無憂。

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HENGTAI恒泰

46135 LFP全極耳電池

2023年11月1日,恒泰科技年產1GWh新一代全極耳大圓柱46系列電池項目已獲得環評批復。該項目總投資3億元,占地面積超過30畝,可實現年產46系列電池1800萬只/年。項目目前處于設備安裝調試階段。

產品定義上,恒泰科技選擇了46135(即直徑46mm、高135mm)LFP全極耳電池。

和汽車應用領域的4680和4695電芯略有不同,恒泰科技的46135LFP電池的結構特點為全極耳、雙極柱、雙防爆閥和全激光焊接工藝成型。據白文平介紹,全極耳是46大圓柱實現所有優異性能的基礎,雙極柱則是為了滿足更多小型儲能、戶用儲能和其他系統集成商的需求;雙防爆閥的設計,可以在特殊情況下通過快速泄壓來保證安全。目前,公司已擁有21項自主技術專利,其中14項獲得授權。

基于以上先進技術和產品設計,恒泰46135LFP電池具備了安全性好、一致性高、循環壽命長、低溫升等顯著優勢。

恒泰46135 LFP電池采用全極耳工藝,顯著降低了內阻,均值為0.95毫歐,分布在0.92-1.1毫歐之間,遠低于行業標準。這種設計使其內阻值為傳統圓柱電池的1/10至1/20,并有效減少了在Pack和系統集成過程中特別是小高壓系統制造運行中的短路風險。選擇磷酸鐵鋰作為電化學體系,確保了電池的穩定性和安全性。

在1C/1C充放倍率條件下,該電池可實現4000次循環,在1C/2C條件下則超過3000次,顯著優于市場上其他同類產品,降低了用戶的全生命周期使用成本。恒泰科技通過全極耳結構優化、網狀覆合導電技術等,實現了0.9-1.1毫歐的超低內阻,使電池具有充放電低溫升特性。測試顯示,在5C充電倍率下,最高溫升為60度,在3C、2C、1C條件下最高溫升不超過20度,有效簡化了系統集成熱失控管理,降低了運行成本。

Panasonic松下

4680全極耳電池

日本松下控股周一(9月9日)表示,其能源部門已完成批量生產4680塊電動汽車電池的準備工作,該公司正尋求開始向汽車制造商供應電池。

松下能源是美國電動汽車巨頭特斯拉的主要供應商之一,該公司生產的4680電池顧名思義,就是指直徑46毫米、高度80毫米的圓柱鋰電池,這種電池的容量是2170圓柱電池的五倍。

RELiANCE 睿恩

21700全極耳電芯

3月21日,江蘇睿恩新能源科技有限公司與大藝科技簽訂戰略合作協議,建立深度戰略合作伙伴關系。依托睿恩新能源的產品,大藝科技開發了一系列高端工具產品,并在近期發布會上推出了20V平臺高能鋰電池,預計全極耳電池產品將于第二季度投放市場。

睿恩新能源研發的全極耳大圓柱電池性能顯著優于傳統電池。與傳統極耳結構相比,這些電池的內阻降低了70%,支持更大倍率放電,工作溫升降低30%,全生命周期能量釋放比傳統電池提高80%。單并全極耳21700電芯可直接替代雙并18650電芯,在滿足相同能量和功率輸出的前提下,重量和體積減少30%,降低PACK成本。該電池在放電能力測試中可以進行超過100A的持續放電,支持≥3C的充電倍率,且不影響循環壽命,實現10分鐘內從0到80%的快速充電。

TESELA特斯拉

4680全極耳電池

特斯拉是最早推出全極耳電池的企業,并將全極耳電池的概念和應用場景帶到公眾面前。2020年9月23日,特斯拉電池日活動上發布4680全極耳電芯,4680 電芯的尺寸為直徑 46 mm、高 80 mm 的圓柱電池。

相較于之前的2170電池,新電池的電芯容量是2170電池的5倍,充電功率提高6倍,每千瓦時的成本降低約14%,續駛里程提高16%。特斯拉預計在2022年實現量產 。

2022年1月,特斯拉宣布在美國加州弗里蒙特工廠第100萬個4680電池成功下線,開啟大圓柱電池規模生產新階段。 特斯拉目前已規劃在美國加利福尼亞州、德克薩斯州、內華達州以及德國柏林的四個超級工廠自產4680電池。

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電池交易網總結

總體來看,目前匯總的這些全極耳電芯,從尺寸來看,21700型號依舊還是主流,但是46開頭的大圓柱電芯是主要趨勢,大圓柱+全極耳的電池類型兼具了高能量密度和高倍率特性,在新能源汽車等應用上很有市場。從材料體系上看,目前高鎳三元鋰為主流,磷酸鐵鋰相對較少;而從容量段分析,傳統的18650、21700尺寸下,容量沒有多大突破。但是大圓柱電池,容量基本都在20000mAh以上,甚至能達到30000mAh,刷新了圓柱電池的容量上限。

這些全極耳電池,重新定義了高性能電池的標準,極大提升了電池技術的整體水平。未來,隨著全極耳電芯的成本進一步下降,全極耳電芯的全面應用將不會太遠。屆時,由全極耳電芯引發的電池產業升級,將為電源類產品的未來發展帶來了無限可能。