为何4680和孚能大软包电池，都采用无极耳设计？

前段时间，在SPS软包叠片电池发布会上，孚能科技的董事长王瑀介绍，该电池采用了无极耳设计，能让电池的倍率性能更高，电芯的损耗更低。“而且孚能科技还提供各种极耳的选择，上下出极耳、侧面出极耳。如果想要（充电）倍率更高，也可以四面都出极耳。”王瑀称。

除了SPS软包叠片电池，特斯拉的4680电池，也是采用了无极耳设计，而且号称单体能量提升5倍，功率输出相比有极耳的电池提升了6倍。

这又是无极耳，又是各种极耳的，都快把电驹小编给绕晕了。不过可以发现，这些电池性能的提升似乎都与它们的无极耳设计有关。

那么什么是极耳？极耳有哪几种类型？日趋流行的无极耳设计又是什么？极耳数量对于电池性能有何影响？这些你都知道吗，今天通过这篇文章带你了解一下。

什么是极耳

极耳，是锂离子聚合物电池产品的一个组件。只要有锂电池的地方就会有极耳，比如我们生活中用到的手机电池、笔记本电池等都需要用到极耳。极耳作为充放电过程中电流传输的纽带，其导热导电性能的优劣也将影响电池的性能。

任何电池都是由正负电极、电解质、隔离膜及外壳组成的。当电池内部正极、隔膜、负极处理完成后，就需要焊接一个导电介质，把电芯和壳体连接起来。极耳就是这个从电芯中将正负极引出来的金属导电介质。

通俗的说，电池正负两极的耳朵是在进行充放电时的接触点，但这个接触点并不是我们看到的电池外表的那个铜片，而是电池内部的一种连接。

极耳的分类

按照不同的分类依据，极耳可以分为四类。

1.按极耳数量分：单极耳、双极耳/多极耳、全极耳-软连接、全极耳-硬连接（无极耳）。

2.按极耳成品包装分：盘式和板式。

3.按极耳胶分：黑胶、黄胶、白胶。

4.按极耳金属带材质分：电池的正极使用铝(Al)材料，负极使用镍(Ni)材料，或者是铜镀镍(Ni-Cu)材料。

今天以极耳数量为主要分类依据，我们来看一下。

通过极耳的数量可以分为单极耳、双极耳/多极耳、全极耳-软连接、全极耳-硬连接（无极耳）。

1.单极耳：一般的小电池里面有正极和负极片各一张，每张极片上面有一个极耳伸出来传导电流。

2.双极耳/多极耳：如果只用一个极耳的话，电流充放电时会导致内阻过大，极易引发各种安全问题，所以现在的电池就逐步使用两个极耳，甚至多极耳。比如在叠片工艺上，每一层极片都有一个极耳。

3.全极耳-软连接：目前国内圆柱电池形成了全极耳软连接与硬连接两种主流形式。其中软连接方式是指，集流盘带有一段极耳连接壳体。

4.全极耳的硬连接＝无极耳：我们经常听到的“无极耳电池”，更准确的来讲，就是“全极耳电池”。

明明是一个东西，两个名字却给人完全相反的感觉，到底是“有”还是“无”，我们具体来看一下。

先来介绍一个名词：集流体，就是汇集电流的结构或零件，在锂离子电池上主要指的是金属箔，如铜箔、铝箔等。在充放电的过程中，电子会沿着集流体的方向前进，直到到达极耳的位置。

所谓的“无极耳”就是将整个正/负极集流体变成极耳，通过集流体与电池外壳或者集流盘直接连接，这样就能够增大电流传导面积、缩短电流的传导距离。

极耳数量对电池的影响

特斯拉发布无极耳新型4680电池之后，引起了广泛关注，甚至业界将其称为“电池革命”。马斯克还表示要建立一家自己的超级电池工厂，将续航提升54%，成本下降56%。

马斯克的信心似乎源于这款无极耳设计的新型4680电池，也让人疑惑极耳数量对电池性能有哪些影响。

1.降低内阻，提高电池充放电倍率

之前有研究学者做过实验：选用正负极体系相同、结构设计不同的两款电芯，比较不同的结构设计对锂离子电池内阻、倍率性能的影响。

通过研究发现，与单极耳设计的电池相比，双极耳设计的电池内阻更低，并且在大电流充放电时温度上升较小。

研究结果表明：通过增加极耳数量能够改变电池结构设计，电池的交流内阻值降低约一倍，相应电池倍率放电时的中值电压升高,温升降低；极耳数量增加、交流内阻降低的锂离子电池相应的直流阻抗也越小。

简单来说就是，电池极耳设计的改变会影响电池内阻，通过极耳数量的增减可以改变电池的内阻，而对应内阻较小的电池倍率充放电性能会更优越。

2.缩短电流传导距离

我们以特斯拉的4680电池为例，它之所以被称为“革命性电池”，就是因为采用了无极耳设计。

通过之前特斯拉披露的信息来看，4680采用的是切跌极耳的方式，把长出来的部分切成若干小块，然后在封装时将这些小块向内折叠。

通过这种形式我们再来看一下，特斯拉三种电池电流通过的传导距离。

传统18650电池卷绕长度（导电长度）约为800mm，21700电池卷绕长度约为1000mm，而4680将整个集流体变成极耳之后，导电长度就变成了80mm。无极耳的设计极大的缩短了电流的传导距离。

3.增大电流传导面积，降低损耗

上文提到：无极耳是把正/负极集流体变成极耳，通过集流体与电池外壳或者集流盘直接连接。这样一来，不仅增大了电流传导的面积，还降低了损耗，使电子不需要跑很远就能到达极耳的位置。

4.散热性更好

电动汽车的动力电池组容量很大，发热问题也是不容忽视的。传统带极耳的电池触电的地方比较小，不利于电流传导，电池充放电时极易导致极耳和极耳连接处局部热量过大。

无极耳设计将整个正/负极集流体变成极耳，电流传输会均匀，发热也比较均匀，所以散热性相对来说就会更好，均匀的温度控制也是延长电池寿命的关键点之一。

5.提升能量密度和电池容量

能量密度分为质量能量密度和体积能量密度。无极耳设计，让4680单体能量提升了5倍，单体能量密度约300Wh/kg，电池组能量密度为217Wh/kg。

能量密度的提升，增加了电池容量，从而使4680电池的续航增加了16％，成本降低了14%。

除此之外，4680电池的体积利用率达到63%，孚能大软包叠片电池的体积利用率达到75%，这些都体现了无极耳设计对于体积能量密度的提升。

6.无极耳制造工艺难度大

无极耳的设计虽然更好一点，但是制造难度也是有的。比如在焊接时，需要用到面焊的技术，与传统两个极耳的点焊相比，操作难度更大，稍有不慎，整个电池都会报废。4680电池的量产时间线拖得如此之久，这或许就是原因之一吧。

极耳的分类依据——极耳胶

最后附上极耳胶的分类以及目前软包电池常用的极耳胶性能：

先来看一下什么是极耳胶。

极耳胶是连接电池内部和外部的电极端所必须使用的胶片，是电池的核心材料之一。

这个胶片是极耳上绝缘的部分，它的作用是在电池封装时防止金属带与铝塑膜之间发生短路，并且封装时通过加热(140℃左右)与铝塑膜热熔密封粘合在一起防止漏液。

一个极耳是由两片胶片把金属带夹在中间的，而极耳胶一般由三层材料热压在一起而构成的。

按极耳胶分：

按照极耳胶可将极耳分为：黑胶、黄胶、白胶三种。

黑胶极耳：一般用在中低端数码类小电池上。

黄胶极耳：一般用在中低端动力电池和高倍率电池上。

白胶极耳：一般用在高端数码电池、动力电池和高倍率电池上。

其中，白胶又分为单层白胶、三层白胶、五层白胶。

目前软包电池常用的极耳胶：

目前软包电池常用的极耳胶有凸版单层白胶、凸版3层白胶、DNP黑胶、DNP黄胶。

凸版单层白胶

单层白胶一般由一层改性PP构成，类似于初期的铝塑膜内层，熔点140℃，与铝塑膜的内层CPP熔点接近。

因为只有一个熔点，热封温度超过熔点容易导致完全熔解短路，而热封温度不足就会形成软化，封装温度较窄，难以控制，这就会导致和铝塑膜的CPP层不能完全熔解聚合,电池容易漏液胀气。

凸版3层白胶

热封PP/高温阻断层CPP/热封PP，白胶采用三层具有不同功能的PP材料经共挤复合，其中热封层与高温阻断层均属于同物质。

即CPP层通过改性得到PP层，而由于外层采用与铝塑膜内层类似的材料，保证了与铝塑膜的融合。另外，因为其两者熔点相同，不会出现分层风险，因此高端客户及动力电芯一般都会采用这类极耳胶。

厚度：100μm±10μm

熔点：130-137℃/162-167℃/130-137℃

DNP黑胶

热封PP/PET或PEN/热封PP层，DNP黑胶的功能层和PP层为不同物质复合,界面多，经封装或电解液浸泡后会发生分层剥离的现象，高端客户一般不采用。且黑胶的PP层里还有3种不同熔点的物质,黑色素:66℃,PE 105℃,PP 167℃,界面更加不稳定。

厚度：72μm±10μm，100μm±10μm（PEN层厚度为12μm,表面PP层厚度为44μm。）

熔点：137℃/265℃/137℃

DNP黄胶

热封PP/无纺布/热封PP，DNP黄胶结构为中间功能层UHR（为无纺布结构），表面两层为同种CPP改性PP层。

黄胶对黑胶的分层现象进行了改良，但结构与黑胶相同，可以说是黑胶的改良品。但依然会有分层现象，而且功能层是无纺布在热封过程中不流动，两层PP层的流动就会破坏极耳胶本身的结构。

厚度：100μm±10μm（UHR层厚度为14g/㎡≈12μm,表面PP层厚度为44μm。）

熔点：130℃/300℃/130℃

据一位电池研发工程师介绍，国内高端电芯客户大多采用单层凸版80μm和50μm白胶。一般中低端客户采用DNP黑胶和DNP黄胶。三层结构的白胶在日本和韩国大量采用。单层白胶在日韩电芯公司用的极少，基本都用三层结构白胶。国内较高端的电芯公司也在逐步采用三层结构的白胶。