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GGII:方形叠片电池储能领域崭露头角
储能 文章来源自:高工锂电网
2022-09-22 12:11:02 阅读:14449
摘要以刀片电池为代表的叠片电池发展势头在近两年已初显苗头。

储能电芯向大容量和低成本升级大势所趋。

相比50-100Ah等中小容量电芯,大电芯在集中式储能领优势明显:

1)大电芯在pack端零部件使用量减少,拥有更大降本空间和更高的体积能量密度;

2)相同系统电压下,大电芯更易获得高容量;

3)串并联电芯减少,BMS数据采集与监控精度提升,安全性更有保障;

4)使用大电芯在后端集成领域装配工艺简化度高,可显著节省土地基建、集装箱等方面成本投入。

基于上述优势,大电芯(200Ah以上)已成为国内集中式和工商业用户侧储能系统的主流电芯选择。以280Ah为例,截至2022H1,280Ah在国内工商业侧渗透率已达60%以上。

GGII预测,随着国家与下游业主对系统降本增效的追求,未来2-3年储能电芯将继续向更大容量升级,电芯容量有望提升至300Ah以上,对电池工艺、生产和材料将提出更高要求。

全球范围看储能大电芯有软包、大圆柱和方形三大产品路线。

大圆柱和软包电池由于空间利用率、生产效率和产业链偏好等原因,中短期成为集中式储能的主流电芯方案难度较大。

方形电池按照电芯装配工艺差异可划分为叠片电池和卷绕电池两大类。

一方面,卷绕工艺发展时间长,成本低、效率和良率高、产业配套成熟是其核心优势,是目前储能大电芯生产的电芯制造主流工艺。另一方面,随着电芯容量和尺寸不断提升,传统卷绕电池的劣势越发凸显:

1)卷绕在拐角部有弧度,不仅导致其空间利用率比叠片低(电池容量越大,空间浪费越明显),而且使得电池发生波浪状变形,波浪状变形会导致电池界面变差和电流分布不均,加速电池衰减;

2)卷绕电池极片弯折后涂层材料发生较大弯曲变形,容易诱发掉粉、毛刺等问题,加大电池内部短路和热失控风险。随着电芯容量持续扩大,卷绕电池对电池供应商极限制造的要求将快速提升,大容量电池和卷绕工艺的兼容难度将陡然增加。

相较卷绕电池,叠片电池与大容量电池具有天然的兼容性,具体体现为:

1)叠片电池的极耳数量是卷绕的2倍,极耳数量的增加使得电子传输距离更短,电阻相比卷绕电池低10%-15%,产热更小,理论循环寿命更长,满足大规模储能对高安全性和超长循环寿命的要求;

2)叠片电池在封装极片过程中不存在C角问题,能够充分利用壳体边角空间,提升体积和质量能量密度,有利于减少储能系统占地面积和土建支出;

3)叠片不存在C角内应力不均衡问题,在长期电池循环使用中每层极片可保持界面相对平整,避免电流分布不均等问题,在中后期容量保持能力较优秀。

缺点方面,叠片大电芯工艺发展时间较短,产业配套成熟度不够,存在设备效率较低、单GWh投资额较高、自动化生产良率不高等不足。

储能叠片电池与卷绕电池优缺点对比

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资料来源:高工产研锂电研究所(GGII),2022年9月

综上所述,叠片电池在理论上具有更高的体积能量密度上限、更稳定的内部结构和更长循环寿命等优点,与大容量电池生产工艺的匹配度更高,但存在设备投资成本高、良率低、效率不足、工艺难度大等不足。

GGII预测电芯容量提升至300Ah以上后,储能领域将成为继软包电池之后,叠片电池出货的新增长极。实际上以刀片电池为代表的叠片电池发展势头在近两年已初显苗头。

据GGII调研,2022H1方形叠片电池在储能市场已出货3GWh以上,整体渗透率约为7%,广泛应用到户用家储、国内工商业储和源网侧储能项目中。

随着叠片工艺的成熟、国产叠片机效率提升,叠片电池技术的低效率、高成本问题有望得到彻底解决,并与卷绕电池技术形成“相互补充、相互竞争”的竞争态势。

基于储能行业长期的发展趋势,专注于储能电芯的老牌企业及新进入企业需从战略高度上思考以下问题:

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