近日，第八屆先進高功率電池國際研討會暨首屆高比能圓柱電池技術與市場論壇在蘇州召開。作為高倍率、高比能電芯制造專家，廣東諾達智慧能源科技有限公司應邀出席，總經理江國龍現場發表主題演講，系統展示了公司自主研發的高功率多極耳圓柱電池產品。該產品憑借高能量密度、高功率密度與高可靠性的極致表現，吸引全場目光，成為論壇焦點之一。
△ 諾達智慧總經理
廣東諾達智慧主要核心產品為18650、21700小圓柱電池，廣泛應用于兩輪車、電動工具、無人機、機器人等領域。此前北京首屆機器人馬拉松賽中，“天工2.0機器人”所搭載電池，正是我們供應。
本次會議大家都在圍繞高功率電池，特別是全極耳在講述，主要是往安全、性能、成本上來考慮。全極耳電池確實在性能上非常突出，剛才幾位專家也提出來，最大問題可能是成本。那么諾達智慧推出的這款多極耳電池，成本降低跟傳統電池相當，性能跟全極耳相當。
這款多極耳電池的設計，與傳統認知中的多極耳截然不同。傳統多極耳多采用超焊工藝，在正負極上焊接1-3個極耳；而諾達智慧的創新方案，是通過激光模切技術，在極片每層單獨打造1個極耳（總計約20余個）。江國龍總經理從技術原理、性能表現等六個維度，詳細拆解了該技術的核心優勢。
從電池技術發展歷程來看，最開始電流的路徑只是一個極耳，電流從最遠端要輸入到這個地方，它的歐姆勒就已經達到25度以上，能量全部以熱量來去散失，所以只要倍率一放電，電壓、能量損失非常快。以無人機為例，其顯存功率會直接降低10%，在30倍率脈沖放電場景下，單極耳電池電壓甚至會下降0.4V，容量衰減超60%。2020年以前，汽車電池多采用小圓柱電池組合方案，但小圓柱電池發熱問題突出，需額外配備PACK液冷板等設備，大幅增加了整體成本。此后，汽車電池逐步轉向方形鋁殼設計，而這類電池也普遍采用全極耳技術以優化性能。
從熱分布表現來看，單極耳電池熱量分布極不均勻，而多極耳電池的熱量均一性顯著更優。在相同倍率放電場景下，多極耳與全極耳電池的溫差可達30℃以上。
回溯多極耳技術的發展脈絡，2009年A123首次將箔材邊緣直接延伸為極耳，標志著多極耳與全極耳技術的雛形初現；2015年后，行業巨頭紛紛圍繞“無極耳”“多極耳”布局申請了很多專利，推動行業技術方向逐步向全極耳、多極耳上發展。
倍率電池不單是從一個極耳去考慮，極耳只是過電流，現在電池的發展不僅要高倍率，還要高容量，而諾達智慧21700已經做到5000mAh，6000mAh，6500mAh，在這種高比能量情況下還要高倍率，怎么做呢？大家都很清楚，高容量跟高倍率它是相反的，要做成高容量，倍率性能就會下降。諾達智慧采取了雙層涂布，在正極涂布，在底層做大顆粒高容量的材料，上層做碳包覆比較多的，小顆粒克容量稍微偏低的，并且壓實密度也偏低的做在上層，所以我們是用兩層涂布。
負極，我們在底層采用復合石墨并摻入硅碳，石墨本身克容量達360mAh/g以上，摻入硅碳后混合容量可提升至500-600mAh/g。上面涂了一層，快速充放電的石墨，表層用中間相碳微球，甚至包了一些硬碳的方式，讓它快速的能夠充放電。另外，全極耳、多極耳只是最終電流匯總這個地方而已。
其實多極耳、全極耳在行業里面有幾種方式：最早的是全極耳揉平工藝，把銅箔、鋁箔長出一部分來進行揉平機把它揉平。后面采用激光模切的方式再拍平，在這兩個之后再做一個集流盤的焊接，引出集流盤的焊接再焊到正負極上。
所有高倍率電池最重要的就是成本，全極耳電池成本高在哪個地方呢？第一個是揉平工藝或者激光模切工藝，另外在激光模切之后還要一個集流盤，正極一個集流盤，負極一個集流盤，還有激光焊，這里面材料的成本和工藝的成本，合格率成本就直線上升了，成本主要高在這個地方。
右邊是我們推出的多極耳工藝，仔細看一下，每一層有一個極耳。這種工藝出來之后，集流盤不用了，它的本幾乎與原來單極耳成本相當。很多人可能會提出一個疑問，你這個極耳比原來的極耳少了這么多，你能過到10C嗎？實際上21700內阻ACR已經做到2.5毫歐，已經低于全極耳電池，為什么會比它低呢？比如這么大的一根導線，過50A的電流，你把導線再增大，是不是還是過50A的電流，如果這么大不發熱，再把它增大其實也是一樣不發熱。我們計算下來，全極耳和揉平極耳有很多冗余，用這種工藝我們計算過，用10C、15C是足夠過它的電流。內阻為什么會比全極耳略低一點點呢？少了兩個集流盤（正極一個集流盤，負極一個集流盤），這兩個集流盤實際上是增加了阻抗，這是多極耳結構跟大家做的分享。當然，最終全極耳、多極耳各有各的優勢，會后我們也可以跟全極耳的一起探討，最終怎么走，還是要靠市場來驗證，特別是前幾個大客戶最終的驗證。
剛才說了集流盤省了，整個焊接工藝是簡化了，那難度是啥呢？就是正極耳對齊難度是最難的，負極不需要對齊，負極是做扇形的結構，直接用超焊的方式超焊到底部去。合格率比全極耳提升了1.5%，電池利用空間也提升了2.4%，單位焊接效率在75PPM以上（單條線）。這里還有一個最大的好處，就是電解液的滲液，全極耳和多極耳里面的電解液很難滲下去，這是全極耳市場上整個行業里面最大的難題，就是它的電解液滲透時間非常長，到下面全部堵塞了。多極耳的好處，跟原來單極耳一樣，整個空間滲透電解液非常通暢，這是我們最大的設計理念。
主要特點是在結構上面做了非常大的創新，密度導熱性、高鎳材料和負極做了一些硅材料、多孔碳的材料，做一些提高比能量的方式。現在21700比能量已經達到270Wh/kg，高功率是10C，快充10分鐘，阻抗ACR在3毫歐以下，阻抗在2.3-2.5毫歐之間，極耳大概在20個極耳左右。下一步我們將會把它用在32140和4680上導入。
成本方面，除省去集流盤與簡化焊接帶來的節省外，該工藝還使電解液浸潤速度比全極耳電池縮短25%，產能釋放提升15%，綜合成本與現有單極耳電池基本持平，僅因激光模切機設備分攤，成本略有上浮。
安全是電池技術的底線，是大家最關注的。我們要知道這個電池怎么做到安全，首先要把它的安全機理弄明白。這里寫了一個ARC實驗，這個ARC實驗是二零零幾年在美國阿貢實驗室第一次做的ARC實驗，通過ARC實驗可以把電池為什么會爆炸，怎么爆炸的機理搞明白，在這上面再怎么去控制。
我們把四種電池：磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰跟鈷酸鋰放在不同的箱子里面，每5分鐘升高1度。我們發現，三元電池在60度的時候自己在發熱了。三元鋰電池在60度情況下已經開始熱失控了，這種熱失控是可控的，只要把溫度散開，不繼續升溫，這個電池是安全的。如果不散熱或者再加溫，大概在1200分鐘左右產生瞬間熱失控（完全熱失控），這個三元電池是原來523電池，不是現在9系，8系電池，9系、8系電池熱失控溫度更低，大概在一百五六十度左右。
那么我們怎么樣把電池控制到不到完全熱失控的溫度，電池是不是就安全了？當在失控情況下，短路或者過充情況下怎么樣控制它的溫度不到達完全熱失控的溫度。當短路情況下，隔膜不破損，讓它不要完全短路，溫度不要再上升，通過這幾個方式來解決它。
在60多度的時候SEI膜開始緩慢的分解，到120度，130度的時候SEI膜是快速分解，到200度左右，正極材料最多，每一克材料能分解出來1000焦耳的熱量，這個時候是熱完全失控的狀態，電池就爆炸了。
我們采用無紡布和芳綸復合的隔膜，隔膜耐溫達到200度以上，也就是說，當我們有針刺的情況下，當正負極短路的情況下隔膜不要有大的破損，不要讓正負極大面積短路，那么它的溫度將會是緩慢上升，或者散熱的情況下能把熱量和溫升平衡掉，我們把隔膜做了很大的改善。
另外，電極通過石墨烯導電碳黑加單密碳納米管構成三維的導電骨架，實現更好的導電率，降低短路等產熱的情況。
我們還做了超薄電極的設計。
下面看一下21700 5Ah這款電池的性能，大概可以做到4C充電，持續放電10C放電，瞬間放電15C放電，內阻小于3毫歐，實際內阻大概在2.5毫歐左右。循環壽命1C/6C充放達到500次以上，實際上可以做到1000次以上（在實驗室），我們做了一些客戶的成本考慮，作為客戶來說，電動工具500次是足夠的，所以我們做了一個成本的優化。
容量在500mAh以上，內阻基本上在2.4-2.5左右，這款電池同時能夠在低溫-40度放電，-20度容量保持率在85%左右，-40度放電的情況下，容量保持大概在75%左右。這款電池主要應用市場是電動工具電鉆、無人機航拍、手持吸塵器，人形機器人，還有物流機器人，eVTOL，我們現在陸續在給這幾種產品供貨。
未來我們會把多極耳電池發展到4680大電池上面，2030年之后會用到干法電極、高鎳和硅碳組合，把比能量做到350Wh/kg，2030年之后將會用到全極耳、多極耳的固態電池上面去，比能量達到500Wh/kg以上，為新能源行業發展注入更強動力。
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