让人不禁想知道耳数对电池性能有什么影响

2022-10-16 15:21

前段时间，在SPS软包叠层电池发布会上，福能科技董事长王军介绍，电池采用无极耳设计，可以使电池的倍率性能更高，电芯损耗更低而且，福能科技还提供了多种极耳选择，有上下极耳和侧面极耳如果想要更高的放大倍数，也可以四面都有耳朵王伟说

除了SPS软包叠层电池，特斯拉的4680电池还采用了无极极耳设计，并号称单次能量提升5倍，功率输出比有极耳的电池提升6倍。

这是无限的耳朵，以及各种极端的耳朵，这几乎使边肖晕头转向不过可以发现，这些电池性能的提升似乎与其无极耳设计有关

那么什么是极耳呢耳朵有哪些类型越来越流行的无尽耳朵的设计是什么标签的数量如何影响电池性能这些你都知道吗今天我将带您浏览这篇文章

什么是极耳。

拉环是锂离子聚合物电池产品的组成部分只要有锂电池，就会有拉片，比如我们生活中使用的手机电池，笔记本电池作为充放电过程中电流传输的纽带，极耳的导热导电性能也会影响电池的性能

任何电池都是由正负极，电解液，隔离膜和外壳组成在加工电池中的正极，隔膜和负极时，需要焊接导电介质将电芯和外壳连接起来耳朵是从电芯引出正负极的金属导电介质

一般来说，电池正负极的耳朵是充放电时的接触点，但这个接触点并不是电池外部的铜片，而是电池内部的一个连接。

极耳的分类

根据不同的分类依据，极耳可以分为四类。

1.根据接线片数量:单极接线片，双极接线片/多极接线片，全极接线片—软连接，全极接线片—硬连接。

2.根据成品的包装，可分为圆盘式和板式。

3.按耳胶分:黑胶，黄胶，白胶。

4.根据极耳金属带的材料:电池的正极由铝制成，负极由镍或铜镍制成。

今天我们以耳片数量为主要分类依据，来看看吧。

通过凸耳的数量可分为单极凸耳，双极凸耳/多极凸耳，全极凸耳—软连接和全极凸耳—硬连接。

1.单极极耳:一般小型电池分别有正极和负极，每个电极上有一个极耳伸出来传导电流。

2.双极极耳/多极极耳:如果只用一个极耳，电流充放电会导致内阻过大，容易引发各种安全问题所以现在的电池逐渐使用两极极耳甚至多极极耳例如，在层压过程中，每层极片都有一个接线片

3.全极极耳—软连接:目前国内圆柱形电池有全极极耳软连接和硬连接两种主流形式其中，软连接是指集电板带有一个凸耳连接外壳

4.全极耳硬连接=无极耳:我们经常听到的无极耳电池，更准确的说是全极耳电池。

明明是一回事，两个名字却给人完全相反的感觉到底是有还是无，具体来看一下

我先介绍一个术语:集电器是收集电流的结构或部件在锂离子电池中，主要指金属箔，如铜箔，铝箔等在充放电过程中，电子会沿着集流体的方向前进，直到到达极耳的位置

所谓无极极耳，就是将整个正/负极集流体变成极耳，通过集流体直接与电池壳或集电板连接，这样可以增加导电面积，缩短导电距离。

凸耳数量对蓄电池的影响

特斯拉发布无极耳新品4680电池后，引起广泛关注，甚至业界称之为电池革命马斯克还表示，他将建立自己的超级电池工厂，这将使电池寿命增加54%，成本降低56%

马斯克的信心似乎源于采用无极耳设计的新4680电池，这也让人不禁想知道耳数对电池性能有什么影响。

1.降低内阻，提高电池充放电率。

之前有研究人员做过实验:选取两种正负极系统相同，结构设计不同的电池，比较不同结构设计对锂离子电池内阻和倍率性能的影响。

通过研究发现，与单极极耳设计的电池相比，双极极耳设计的电池内阻更低，大电流充放电时温升更小。

结果表明，通过增加极耳数量，可以改变电池的结构设计，电池的交流内阻降低约一倍，电池以相应的速率放电时，中值电压升高，温升降低伴随着极耳数量的增加和交流内阻的减小，锂离子电池的DC阻抗变小

简单来说，电池极耳设计的改变会影响电池的内阻通过增加或减少极耳的数量，可以改变电池的内阻，内阻越小的电池充放电性能会越好

2.缩短电流传导距离

以特斯拉的4680电池为例因为无极耳设计，被称为革命性电池

根据特斯拉之前透露的信息，4680采用的是切掉耳朵的方式，把长的部分切成几个小块，然后在包装的时候把这些小块向内折叠。

在这个表格中，我们来看看特斯拉的三个电池电流的传导距离。

传统18650电池的卷绕长度约为800mm，21700电池的卷绕长度约为1000 mm，而4680电池将整个集流体变成极耳后，导电长度变成了80 mm，无极耳的设计大大缩短了电流的传导距离。

3.增加电流传导面积，降低损耗。

如上所述，无电极接线片将正/负集电器变成接线片，该接线片通过集电器与电池壳或集电器直接连接这样既增加了电流传导的面积，又减少了损耗，使电子不用跑多远就能到达极耳的位置

4.更好的散热

电动汽车的动力电池组容量大，发热问题不容忽视传统带极耳的电池电击小，不利于电流传导电池充放电时，容易造成极耳与极耳连接处局部过热

无极极耳设计将整个正/负极集流体变成极耳，电流传输会比较均匀，发热也会比较均匀，散热也会相对更好均匀的温度控制也是延长电池寿命的关键点之一

5.提高能量密度和电池容量

能量密度分为质量能量密度和体积能量密度无极耳设计将4680单体能量提高5倍，单体能量密度约300Wh/kg，电池组能量密度约217Wh/kg

伴随着能量密度的增加，电池容量增加，使4680的电池寿命增加16%，成本降低14%。

此外，4680电池的体积利用率达到63%，富能大软包叠层电池的体积利用率达到75%，都体现了无极耳设计对体积能量密度的提升。

6.无极耳的制作工艺比较难。

虽然无极耳的设计更好，但是在制造上有些困难比如焊接的时候，就需要表面焊接的技术与传统的两个拉片点焊相比，操作难度更大一不小心，整个电池就报废了或许这也是480电池量产时间线拖了这么久的原因之一

极耳的分类依据——极耳胶

最后附上目前软包电池常用极耳胶的分类和极耳胶的性能:

我们先来看看什么是耳胶。

耳胶是连接电池内外电极端子必须使用的薄膜，是电池的核心材料之一。

这个膜就是极耳上的绝缘部分，它的作用是防止电池封装时金属带和铝塑膜之间短路，防止电池封装时液体泄漏，通过加热和与铝塑膜热熔密封。

拉环由两片薄膜组成，中间夹着一条金属带，而拉环胶通常由三层热压在一起的材料组成。

据耳胶说:

根据拉片胶，拉片可分为黑胶，黄胶，白胶三种。

橡胶耳:一般用于低端数码小电池。

黄色电极耳:一般用于低端动力电池和高倍率电池。

橡胶耳:一般用于高端数码电池，动力电池，高倍率电池。

其中白胶分为单层白胶，三层白胶和五层白胶。

目前，软包装电池中常用的极耳胶有:

目前软包电池常用的极耳胶有浮雕单层白胶，浮雕三层白胶，DNP黑胶和DNP黄胶。

浮雕单层白胶

单层白胶一般由一层改性PP组成，类似于最初的铝塑膜内层，熔点140℃，接近铝塑膜内层CPP的熔点。

由于只有一个熔点，当热封温度超过熔点时，容易导致完全熔融短路，而热封温度不足时，则会形成软化，封装温度较窄，难以控制这样会导致铝塑膜CPP层熔化聚合不完全，电池容易漏液胀气

浮雕三层白胶

热封PP/高温阻隔层CPP/热封PP，白胶采用三层不同功能的PP材料，热封层和高温阻隔层属于同一种材料。

即PP层由CPP层改性而成，外层采用与铝塑膜内层类似的材料，保证了与铝塑膜的融合另外，由于两者熔点相同，不会有分层的风险，所以高端客户和动力电池一般都采用这种耳片胶

厚度:100μ m 10μ m

熔点:130—137℃/162—167℃/130—137℃

DNP乙烯基

热封PP/PET或PEN/热封PP层，DNP黑胶的功能层和PP层是由不同的物质组成的，有很多界面封装或浸入电解液后会发生脱层，高端客户一般不使用另外，乙烯基的PP层有三种熔点不同的物质，黑色素:66℃，PE 105℃，PP 167℃，界面更不稳定

厚度:72μ m 10μ m，100μm 10μm

熔点:137℃/265℃/137℃

DNP黄原胶

热封PP/无纺布/热封PP，DNP黄原胶结构为中间功能层UHR，两表层为同一CPP改性的PP层。

黄胶改善了搪胶的分层现象，但结构与搪胶相同，可以说是搪胶的改进产品但还是会有脱层，功能层是无纺布，热封时不流动，所以两层PP的流动会破坏拉环胶本身的结构

厚度:100μ m 10μ m

熔点:130℃/300℃/130℃

据一位电池R&D工程师介绍，国内高端电池客户多采用单层浮雕80μm和50μm白胶一般低端客户用DNP黑胶和DNP黑胶三层白胶在日本和韩国应用广泛日韩电池公司很少用单层白胶，基本都用三层白胶国内高端电池企业也在逐步采用三层结构的白胶