倒退10年，國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)處于起步階段，技術(shù)尚未取得突破，電動車充電速度慢、續(xù)航里程短，顯得十分雞肋。隨著大量研發(fā)力量的投入，電池技術(shù)有了長足進步。不久前，特斯拉和寶馬相繼量產(chǎn)大圓柱電池，這種新型電池有什么好處呢？
從“小圓柱”到“巨無霸”
18650電池誕生于1991年，為節(jié)省成本而定下的一種標準性鋰離子電池型號，由索尼量產(chǎn)，早期應用于筆記本電腦、電動工具等領(lǐng)域。所謂18650指的是電池的規(guī)格型號，18表示電池直徑為18mm，65表示電池長度為65mm，0表示為圓柱形電池。這一設計巧妙平衡了體積與能量密度，但僅針對小型電子產(chǎn)品。
2008年，特斯拉發(fā)布Roadster，采用數(shù)千節(jié)18650電池串聯(lián)的方式組成電池組。雖然18650電池技術(shù)成熟，但由于為小型電器設計，對新能源汽車來說單體容量低，需數(shù)千節(jié)串聯(lián)，成組效率低，從性能、容量、可靠性等方面來說，都不太適宜。
2016年，21700電池量產(chǎn)上市，電池直徑大幅提升21mm，單體容量也提升至5Ah，通過增大電芯體積，減少了30%的電芯數(shù)量，有效降低了電池包的復雜度。相較于18650電池，21700電池大幅縮減單體電芯的數(shù)量，生產(chǎn)成本有效降低，續(xù)航里程有效提升。
大圓柱電池 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新 性能突破
2020年，4680電池亮相，由于新電池直徑達到46mm，因此也稱之為大圓柱電池。目前市面上有多種大圓柱電池，其直徑均為46mm，高度則有80mm、95mm、120mm等規(guī)格，單體能量較21700電池提升5倍，功率提升6倍，能量密度300Wh/kg以上，單體容量提升27Ah以上，成組效率大幅提升。
以寶馬大圓柱電池為例，和此前方形電芯相比，正極所含鎳含量更高，鈷含量減少，負極所含硅含量增加。得益于此，大圓柱電芯的能量密度較前代提高20%，續(xù)航里程提升30%，充電速度提升30%。
當然，各項性能的提升，不只是加大電池的體積得來，也需要新型電池技術(shù)的加持。
在18650、21700等小圓柱電池及方形電池中，極耳是從正負極片上焊接引出的金屬片連接外部電路。這種設計，電流需從極片邊緣通過極耳匯集，導致局部電流密度過高，充電尤其快充時電池容易發(fā)熱。同時，極耳占用電池內(nèi)部空間，且需額外焊接工藝，增加重量和成本。最后，極耳與極片的焊接點易因振動、膨脹而脫落，或因氧化導致接觸不良，影響電池壽命。
大圓柱電池采用無極耳技術(shù)，結(jié)構(gòu)上將正負極片直接延伸到電池的頂部和底部，頂部作為正極，底部作為負極，導電部位從“點接觸”變?yōu)椤懊娼佑|”，導電面積擴大數(shù)十倍，電流分布更均勻，避免了局部過熱。
據(jù)了解，傳統(tǒng)21700電池單極耳內(nèi)阻約30mΩ，4680電池采用全極耳后內(nèi)阻降至15mΩ以下，充電電流承載能力提升至少1倍。同時，電流均勻分布使極片溫差從傳統(tǒng)電池的10℃以上降至3℃以內(nèi)，熱失控風險明顯降低。取消極耳后，電池內(nèi)部空間利用率也得到進一步提升，同等體積下也增加了電池容量。
從18650到21700再到大圓柱電池，技術(shù)演進的本質(zhì)是提升能量密度、充電速度、安全性并降低成本。而技術(shù)不斷發(fā)展，大圓柱電池只是中途站，未來還有固態(tài)電池甚至小型反應堆電池，給人無限遐想。（朋月）