“随着新能源汽车的不断发展，汽车的技术和成本将成为市场竞争的主要要素，以特斯拉为代表的车企，采用全极耳大圆柱锂电池为动力电池，其特点是具有产品一致性好、能量密度高、生产成本低、安全性能好、快充性能优、电池性价比高的优势。”日前，宁波久钜智能装备有限公司董事长(简称“久钜智能”)朱效铭在电池中国网于上海举办的“Li+学社技术大讲堂(第20期)”上如是说道。

图为宁波久钜智能装备有限公司董事长朱效铭作主题分享

　　本期Li+学社技术大讲堂聚焦“大圆柱电池的潜在优势与挑战”，作为大圆柱锂电装备工艺研发生产配套企业，久钜智能董事长朱效铭以“全极耳大圆柱锂电池现状与趋势”为题，向与会技术大咖详细介绍了当前大圆柱制造工艺方面的痛点及其解决方案。

　　朱效铭谈道，由于大圆柱锂电池具有组装生产线效率高，投资少的优势;其产品结构简单，标准化程度高，配件与加工成本低，电池包组装应用灵活，可适合各种车型，且全极耳结构在容量上可以像方型和软包锂电池一样做大做长，所以发展前景非常广阔，“全极耳大圆柱锂电池将是未来动力电池的主流产品，是动力电池的终极技术方向之一。”

　　事实上，在特斯拉、宝马、通用、蔚来等主机厂带动下，电池企业纷纷加码大圆柱研发和产能布局。据了解，目前包括宁德时代、亿纬锂能、国轩高科、比克电池、远景动力、蜂巢能源、比亚迪，以及松下电池、LG新能源、三星SDI等国内外电池企业均已在大圆柱领域重点投入。机构预测，到2025年，46系列大圆柱电池总装机有望达到200GWh，当年装机渗透率或将达到16%。

　　大圆柱电池引起产业界广泛关注，主要得益于全极耳技术的创新突破和应用。据朱效铭介绍，传统圆柱电池通过单极耳或双极耳来实现电流收集，由于电阻的存在，电池在充放电的过程中，特别是大电流充放电的过程中会产生显著的欧姆热，引起电池温度的升高;大圆柱电池采用全极耳技术，即整个集流体都变成极耳，导电路径不再依赖传统意义上的极耳，全极耳技术将电子的传输路径从沿极耳到集流盘的横向传输变为集流体纵向传输，将电子传输路径平均长度从铜箔长度(21700电池铜箔长度约1000mm)降低到电池高度 (80mm)从而将电池内阻降低一个数量级。

　　值得注意的是，全极耳大圆柱电池当前也面临着诸多工艺难点，如极耳揉平、焊接、注液、封口和产品结构设计等。朱效铭表示，上述工序难点直接影响了大圆柱电池的良品率，也影响着生产效率。

　　“极耳揉平过程中容易产生碎片，揉平是全极耳大圆柱电池的主要瓶颈之一。”据朱效铭介绍，目前全极耳揉平主要有三种工艺：

　　第一种是以特斯拉为代表的的工艺技术，将极片留白处进行极耳分切，然后边预折弯边卷绕，再进行揉平。该工艺极耳排列整齐，电流输出均匀性好，但缺点是工艺复杂、焊接困难、易焊穿等。

　　第二种为超声波揉平工艺。优点是极耳损伤少。但缺点是揉平后极耳形状一致性差。

　　第三种为机械揉平工艺。优点是揉平方式简单、效率高、一致性好、易焊接、不易焊穿，集流圈与极耳焊接良好，但缺点是目前的机械揉平工艺易产生碎片。“如果能研发点出一种微损或无损的揉平结构，是可以实现高效、无损的。”朱效铭补充道。

　　全极耳焊接方面，朱效铭指出，焊接工艺是全极耳大圆柱电池制造的重中之重，因为其所有工艺都是围绕焊接展开的，主要涉及到正极极耳与正极集流圈焊接、负极极耳与负极集流焊接、正极集流柱与正极集流圈焊接、正极集流柱与正极集流圈焊接，以及负极相关部件的焊接。

　　焊接工艺方面分为：激光焊接、超声波焊接和电阻焊接三种，每种焊接方法均与相应的工艺和材料相匹配。目前以激光焊接为主，相比于电阻焊与超声波焊接，其应用场景广，自动化程度高。

　　封口工艺方面，主要有两种：滚槽式卷边封口和焊接封口。朱效铭表示，焊接封口强度可以达到要求，且电池容量高，但是效率相当低;而滚槽式卷边封口效率可以达到300ppm，但在电池容量上会有所损失。

　　正极集流柱与外壳组装工艺方面，据朱效铭介绍，主要有两种：一种是目前国内通用的，特斯拉也在用的铆接工艺。该工艺特点是铆接强度较高，但与正极集流盘焊接较难，组装效率低。

　　另一种是由久钜智能自主研发设计的，电池正极端子与钢壳的连接方式，不采用铆接工艺，提供一种新的结构选择。

　　注液孔及其封口工艺方面，大圆柱锂电池由于其容量大，化成过程会产生大量的气体，且化成过程电液消耗也较大，为确保电池内部零气压，同时也考虑补充电解液的需要，采用先注液后化成再密封的生产工艺。与传统的18650等电池不同，大圆柱锂电池组装后，留有注液口，注液完成后预封口，待电池化成后放气和二次注液后(二次注液工序可选) 再封口。

　　目前大圆柱电池的注液孔设计方案基本为以下三种：一是，以特斯拉为代表的注液孔设计在负极底盖中心，注液完成后用密封钉或密封球进行密封。该工艺效率高，但电池的防漏性能有待探讨。

　　第二种是国内企业普遍采用的注液孔工艺，基本设计在正极端平面侧方，采用密封钉或焊接密封。该工艺注液效率较低。

　　第三种是久钜智能自主研发设计的，将注液孔设计在正极端的集流柱中心。该注液孔工艺正极集流盘焊接简便，防漏性能好。

　　总之，大圆柱电池有诸多优点，特别是在效率与产品安全方面优于方型结构。但在汽车应用上，其空间利用率还有待于提高，希望能够通过电池材料与结构的改进，进一步提高电池容量与效率，弥补其空间利用率的不足。