近日，业内首篇发表于国际顶级能源类期刊《Journal of Power Sources》(SCI一区 ，IF:9.794)、使用真实商业化全极耳大圆柱电池验证数字模型结结论的学术论文，让市场目光再次聚焦至全极耳大圆柱电池。
文章中使用的全极耳大圆柱电芯由中国锂电企业比克电池提供。
《Journal of Power Sources》简写为Jops，中文名为电源杂志。文章作者选取了比克商业化全极耳大圆柱电池，是对比克电池代表性的认可。其实验结果，折射出的则是比克电池的品质。据介绍，作者基于对真实电芯的数据采集，建立了精准的电芯热-电-电化学耦合的数字模型，在-20°C到60°C的宽环境范围内都可以和电芯的实测数据匹配。具体看来，作者使用比克电池专为汽车高性能应用设计的具有10 Ah容量和最先进的 LiNixMnyCozO2 (NMC, x > 0.8) 阴极和 SiOx-C 阳极的圆柱形电池来参数化和验证建模框架。为增强散热性能，电池壳体由带有激光焊接端盖的精抽铝管制成。作者在探究了几种条件下电芯的最优化充电时间和热管理策略后，得出的结论是，在电芯不发生析锂的前提下：在20°C环境下，可11分53秒内将电池从10%充到80%；在零下20°C环境下，可将10%-80%的快充时间优化到15分58秒的水平！值得一提的是，作者结合了冷却与加热，还给出了一张非常有趣的“冷却和加热图”。业内认为，该图给电池系统与电芯的开发者带来非常有价值的启发。据了解，大圆柱可以被叫做“六边形选手”，它各方面的性能最均衡：从安全性能上看，目前几种主流形态中，圆柱电池是安全性最高的，这主要由于其单体和电池包结构特性，单体最小，有效分散风险；单独外壳保护和独立泄压装置，多重保障；电芯蜂窝状排列，空隙保障了足够大的单体与外部热交换面积；更重要的是,中心对称的圆形结构可以在全生命周期有效束缚内部极片的膨胀，使得电芯外部不发生任何形变。从产品性能上看，圆柱电芯的高安全上限使得它可以支持更高能量密度的化学体系，例如高镍三元正极、硅碳负极等，这些都是在方形和软包等平行极片结构的电芯上很难实现应用的体系。同时，圆柱电芯单体体积小，便于热管理，可以灵活利用异形空间，高度标准化的形态利于平台化及迭代。从产业化难易程度上看，圆柱电池发展的历史最长，标准化程度高，在行业内实现了较为统一的标准。同时，圆柱电芯生产的自动化水平也要比其他几种电池要高，这就保证了圆柱电池生产的高效率，单体的一致性，从另外一方面来说，也降低了生产成本及研发成本。作为国内最早一批生产圆柱电池的企业之一，比克的圆柱电池技术出色。据悉，目前比克全极耳大圆柱电池同时突破了能量密度（续航）和快充（在前述学术论文中也得到了实验数据的验证）两大核心性能局限：一方面，比克电池凭借圆柱结构，通过搭载高镍正极、硅负极、掺硅补锂等先进技术，使能量密度大大提升，可为整车提供800公里以上的续航里程。例如，比克目前圆柱电池正极镍含量已由Ni50提升到Ni90，容量持续提升，18650电芯量产最高容量达3.5Ah，21700电芯量产最高容量达5.3Ah，再次突破了21700系列电芯量产容量极限。此外，凭借行业领先的研发进展和经验优势，比克在国内最早将硅用于圆柱电池负极材料。目前，比克硅氧材料由一代硅已发展到三代硅，将首效由77%提升至86%，基本达到与正极效率匹配，并采用了先进的补锂技术，正极利用率逐步提升。另一方面，大圆柱电池能够在保障安全和足够的续航里程的基础上，进一步提升快充性能，从而助力电动车使用体验媲美燃油车。据介绍，大圆柱电池一般使用800V高压电器架构。在全极耳技术、先进化学体系和电芯设计能力的加持下，比克即将量产的大圆柱产品，可以实现5分钟内将电量从10%充至50%（相当于200-300 Km续航里程），12分钟内将电量从10%充至80%（相当于520公里续航里程），支持高速服务站等应用场景下4C以上充电倍率的超级快充需求，与现在的燃油车加油体验几乎一致。 值得一提的还有比克的全极耳技术。事实上，比克在战略性探索大尺寸圆柱的同时，布局了全极耳技术。与Tesla的无极耳概念类比，比克经过多年的探索，在2019年左右，形成了独有的全极耳技术路线。比克的全极耳技术与特斯拉的无极耳技术有所不同，但底层逻辑相通，都是没有在极片上额外焊接金属片作为极耳来汇集电流，而是将极片上额外伸出的集流体箔材直接焊接至集流板来汇集电流。比克通过对结构件的优化设计，及生产设备和工装夹具的配合，实现了比传统圆柱电芯还要高效的工艺解决方案。经测试，比克采用全极耳的电芯，比同体系传统单极耳电芯的内阻降低了70%以上，这意味着极高的功率输入（充电）及输出（放电），受到了国际客户的广泛认可。获得学术领域与市场客户双重认可的比克，正在迎来新一轮高速发展。从产品角度看，据了解，比克大圆柱目前主要有46系、3x系和26系等系列，电芯高度覆盖70mm到160mm。具体看，比克46系电芯去年开始陆续有样品批量交付，性能表现符合预期，依据8-15分钟的不同快充能力，目前电芯能量密度在280Wh/kg至330Wh/kg之间。比克26系则以26105铝壳电芯为主，目前处于B样阶段，应用于整车可达700公里以上续航，快充12分钟以内可达500公里续航，预计将于2024年量产，届时能量密度将高达290Wh/kg。3x系则处于二者之间，是比克为了进一步综合优化性能、成本、系统设计等因素在开发的新平台。从产能角度看，比克在产能扩充上已经取得实质性进展，未来几年，比克将分两个阶段在海内外扩充80GWh的电池产能。同时，比克也将持续向碳中和目标迈进，打造零碳工厂，满足碳排放和碳足迹的需求，以行业领先水平为目标，持续减少碳排放，积极探索电池全生命周期碳中和路径！从车企看，特斯拉对圆柱电池的“热衷”众所周知。另据媒体报道，为降低电池成本，宝马正在考虑从2025年开始，在新电动平台使用圆柱形电池。从电池企业看，去年至今，松下、LG新能源、宁德时代、亿纬锂能等国内外众多动力电池厂商，从跃跃欲试到抢跑占位，从技术突破到产能布局，不断涌入大圆柱电池这条新赛道。具备全极耳大圆柱电池先发优势、有着出色技术加持、产品质量过硬的比克电池，已处在领先的地位中，其未来值得期待！报料及投稿 | editors@ofweek.com 广告及商务合作 | 焦小姐：19168597392/0755-83279005-870
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