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储能280Ah大电芯时代开启

  “高大”指的是储能系统高电压等级和大容量电芯。“大”指目前ESS行业流行的大容量电芯,可以大幅提

详细介绍

  “高大”指的是储能系统高电压等级和大容量电芯。“大”指目前ESS行业流行的大容量电芯,可以大幅提升储能系统能量密度,是系统发展选择的重要趋势之一,目前主要指的是280Ah大电芯。GGII研究也表明,280Ah大电芯正在成为大型储能市场角逐的“利器”。

  最近,厦门海辰新能源、中创新航、瑞浦、楚能新能源等纷纷扩产280Ah电芯。5月29日,厦门海辰新能源锂电智能制造一期项目的M1智慧工厂完成交付并开始投产。厂房总体布局5条锂电制造产线日,其还宣布在重庆投资130亿元新建50GWh新一代储能锂电池生产基地,重点扩产280Ah等电力储能应用电池产品。5月下旬,中创新航发布船舶市场储能产品方面,覆盖280Ah等系列电芯和多款电池包。种种迹象表明,大容量电芯逐步渗透市场。

  根据GGII(高工产业研究院)不完全统计,国内已超过10家电芯企业对外销售其280Ah磷酸铁锂电池产品。

  国内280Ah大电芯上市时间(部分)注:上市时间指在公开渠道可查询到该产品的时间。

  不论是是圆柱锂电池还是方形锂电池电池,都逐渐向单体电芯容量更大发展。圆柱锂电池从18650不断发展为21700、4680等大圆柱,方形锂电池从VDA尺寸电芯、到MEB平台电芯、再到现阶段的(长、短)刀片电池,技术演变的方向主要向单体电芯容量不断提高发展。GGII认为,方形电芯单体容量从过去的50/100Ah逐步升级到280Ah也符合上述演变趋势。

  追溯280Ah电芯问世历史,2020年,宁德时代重磅推出其主打长循环寿命的271Ah & 280Ah电芯,并完成UL 9540A测试和实现规模化量产。基于这一长寿命电芯技术,宁德时代于2020年推出了户外液冷电柜EnerOne。据介绍,这一产品采用280Ah磷酸铁锂电芯,放电速率为1C,循环寿命可达10,000次。不过,宁德时代也万万没想到自己将开启储能280Ah电芯时代。

  据GGII统计,当前下游业主和投资者对280Ah大电芯的关注度快速上升:2022年1月中国华能集团发布储能电池采购和租赁招标公告,共采购储能电芯2GWh,要求单体容量不低于280Ah;江苏天合在今年2月也向鹏辉子公司江苏天辉采购150/280/300Ah锂电池电芯,合同金额6~9亿元。巨头的频频布局,表明大容量电芯已成为电芯企业进军高端、大规模储能市场,获取吉瓦时级别订单的“入场券”。

  关于把储能系统的电池单体到底做多大?业界仍有一些争议。因为与国内不同,国外三星SDI和LG化学主打的三元电芯不超过120Ah,尤其是特斯拉更是将小电芯的优势发挥到了极致。

  有企业人士告诉高工储能,280Ah电芯是源于动力电池。但是储能是跟动力差异很大的领域,所以280Ah是否储能“顶流”还有待考证。比亚迪320Ah的储能电芯也即将面市。

  选择210Ah大储能电芯的中天科技新能源产业集团总裁缪永华也向高工储能表示,“电芯不是一味追求大,更应该考虑的是安全性和长循环寿命。当时中天储能选择210Ah电芯,主要是基于投资成本考虑,做大电芯是遵循市场发展规律,还要考虑电网侧对于储能高安全性的要求。”

  通常来说,大容量电芯散热相对更难,储能系统的一致性控制难度增加,其能量密度更高;而小电芯在系统集成过程中需要多个串联、并联的时候,BMS和EMS不可能每个节点都去做采样,如果每个电芯数据都采集,这样电芯管理、技术更复杂,集成成本很高。

  中天储能总工谭清武谈到,由于BMS的局限性,储能电芯单体要做大,但并不是无限大。因为电池单体越大,能量就越高,一旦出现风险,释放的速度和能量都更大。所以不能一味的追求大。总的原则,应该是要基于高安全和长循环寿命做考考虑。

  谭清武指出,“越来越多企业涌入‘280Ah电芯研发赛道’,且不谈那些有实力的厂家做法,但一些新晋企业也纷纷涌入,就让人有些觉得是在盲目‘跟风’。”

  高工储能还采访了不涉及电芯业务的专业集成商的声音。南京南瑞继保电气有限公司储能行业总监缪楠林向高工储能表示,由于电芯规格与产品设计深度耦合,从行业发展规律看,(电芯)会自然收敛到统一的规格。目前来看,280Ah 尺寸在短期内是普遍比较认可的统一规格。随着技术迭代,电芯容量可能会继续增加,但尺寸会逐渐走向固定。从集成商角度,也会逐渐要求市场的电芯规格走向统一。

  有不愿具名的知名企业高管告诉高工储能,目前280Ah大容量电芯逐渐被大型储能市场认可,这个趋势还是很明显的。其中的优势包括四点:1. 减少并联数;2. 可支持更大时长储能系统;3. BMS管理更容易;4. 大批量应用的成本优势。

  GGII研究显示,相比50-100Ah的容量电池,280Ah及以上大电芯优势主要集中在:1)在pack端零部件使用量减少,拥有天然的成本优势;体积能量密度更高;2)大电芯更容易获得高容量;安全性提升;3)使用大电芯在后端集成领域装配工艺简化度高,可大幅度节省土地基建、集装箱等方面的成本投入。基于上述优势,280Ah电芯正加速在风光发电侧、电网侧、共享储能侧和部分大型移动式ESS应用等追求低成本、大容量和安全性的场景替代过去传统50Ah和100Ah电芯产品。

  生产工艺方面,280Ah大电芯主要有叠片和卷绕两种工艺。其中卷绕的优势在于自动化程度高,生产效率高,产线Ah电芯存在均一性较差,电芯机械应力、厚度增大存在C角等问题。叠片工艺来源于软包电池,由于极片接触面更大,不存在机械应力和C角等问题,生产的大电芯产品一致性更好,循环寿命更高。叠片工艺的缺点主要有极片毛刺去除和效率偏低方面,同时良率不及卷绕工艺。

  据GGII分析,单体电芯大型化也为产品研发与生产带来一定挑战。首先是电芯体积和容量增大,导致电芯自身散热性能变差,其次是电芯鼓胀问题相比过去的型号更加明显,最后是280Ah大电芯生产效率偏低,头部企业产线Ah方形电芯。在此背景下,280Ah的规模化发展必然需要电芯设计理念的创新,尤其是热均衡和电均衡设计,热管理技术方面。

  6月17日,2022高工储能产业峰会将在常州金坛茅山国际会议中心举办。届时,来自储能领域电池、BMS、系统集成商、终端应用等产业链各环节超500位高层将齐聚常州,共同探讨“双碳”目标下储能产业生态的发展与融合。