2、4680无极耳技术:极耳的作用是将电子从正负极的极片中引导出来,即电池正负极在充放电时的接触点。极耳分为三种材料:电池的正极使用铝(Al)材料、负极使用镍(Ni)材料和铜镀镍(Ni-Cu)材料。
图3 极耳的作用是将电芯从正负极引导出来
1)电子在电池内部运动过程中,需横穿整个电芯,到达极耳,因此随电池尺寸增加,路径变长,电阻增大。在大电流充电条件下,极片会产生大量热量。特斯拉经过测算,随电池尺寸增加,传统极耳电池的快充时间将明显增长。
图4 电子需要穿过电池,流向极耳
2) 特斯拉 4680 推出无极耳技术(全极耳技术)。通过在电极端镀上导电材料,使正负极集流体可以直接与盖板、壳体连接,实现电流在电极集流体、盖板、壳体之间传导,大大减少了电子的传输路径。
图5 新型无极耳技术,减少电极组件
(1)无极耳优势 1:减小电阻。根据公式:𝑅 = 𝜌*(L/A),电路的电阻与材料的长度成正比,与横截面积呈反比。因此,无极耳技术下的电池内阻横截面积增大,电流传导面积增大,电流传导距离缩短,可降低内阻近 10 倍。
*注:传统 18650 电池卷绕长度是 800mm,极耳从集流体上把电导出来长度为 800mm,相当于电流传导距离为 800mm,电阻约 20mΩ;4680 全极耳电池把整个集流体作为极耳,电流从沿极耳到集流盘的横向传输变为集流体纵向传输,整个导电距离由 800~1000mm 变成了 80mm(约电池高度),电阻降至 2mΩ,电阻减小了近 10 倍。
图6 全极耳技术减少传导距离
(2)无极耳优势 2:解决散热问题。根据公式𝑃 =( 𝐼^2)*𝑅,欧姆热可显著减小。根据实验数据,当电池在 1C 强度下放电 60 秒,单极耳电池的放热量接近 6000J,全极耳电池总放热量约 4200J,放热量减少了 30%。 (3)无极耳优势 3:降低电池成本。在去除极耳后,电池柱体的绕制和涂料流程都得到了简化。生产工序简化,每 KWh 成本降低 14%。
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