儲能大電芯如何既大又安全?

　　從280Ah到580Ah，電芯大型化趨勢明顯。

　　隨著儲能產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，市場對電芯的需求供不應求，不少企業(yè)通過技術迭代，不斷增容電芯容量。從280Ah到300Ah，再到580Ah，電芯容量越來越大。

　　業(yè)內(nèi)人士計算的儲能項目收益模型顯示，儲能大電芯降低了整體系統(tǒng)造價，提高了項目收益，大型化電芯設計是未來儲能領域電芯的發(fā)展方向。不過，也有業(yè)內(nèi)專家擔心，大容量電芯層出不窮，電芯升高伴隨的熱管理、綜合效率等方面的風險也在不斷增加，需要結(jié)合系統(tǒng)多維度手段保證系統(tǒng)安全。

　　電芯容量快速增容

　　目前，主流電芯仍以280Ah為主，但隨著技術迭代加速，電芯大型化趨勢越發(fā)明顯，目前超過300Ah的大容量電芯現(xiàn)已陸續(xù)出現(xiàn)20多種品類。

　　《中國能源報》記者了解到，南都電源、天合儲能、贛鋒鋰電、鵬輝能源、蜂巢能源等企業(yè)均研發(fā)了超300Ah容量的電芯，億緯鋰能、雄韜股份均已研發(fā)出560Ah、580Ah的超大容量電芯。以目前最大容量的雄韜股份儲能電芯為例，其循環(huán)壽命達到10000次。億緯鋰能發(fā)布的公告顯示，560Ah大電芯循環(huán)壽命超過12000次，可實現(xiàn)系統(tǒng)集成應用降本10%，零部件數(shù)量減少47%，生產(chǎn)效率提升30%。

　　在東營昆宇電源科技有限公司副總裁宋柏看來，大容量化的電芯設計進一步降低了電池殼、上蓋板的成本，實際生產(chǎn)過程中材料的利用率也會有所提高，因此帶來更有力的價格競爭力。“同時，在綜合系統(tǒng)設計上，更高容量的電芯帶來更高的體積能量密度，在集裝箱設計過程中可減少綜合輔助設備用量，如空調(diào)總數(shù)、集裝箱總數(shù)、消防安全設備總數(shù)。”

　　“并非電芯越大，利潤越高。”儲能領跑者聯(lián)盟數(shù)據(jù)互聯(lián)部主管李炎明接受《中國能源報》記者采訪時表示，從目前的市場情況看，各家企業(yè)研發(fā)大電芯的初衷都是降成本。“未來究竟哪一款能夠成為市場主流，還是要看大面積應用中誰的成本低，類似此前的光伏尺寸之爭。”

　　“目前并沒有真正意義上的一款通用電芯型號，行業(yè)也沒有完全形成儲能電芯型號的標準化。相信未來一段時間，隨著技術突破和更合理的設計，會涌現(xiàn)更多儲能類電芯方案。”宋柏告訴《中國能源報》記者，企業(yè)應沿著多種電池型號、多種材料體系、多種成本方案等開展電芯研發(fā)。“相信隨著市場應用和檢驗，更優(yōu)秀的電池設計方案得到確認，儲能領域電芯會有新突破，這是儲能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要前提。”

　　尋找“三角平衡點”

　　據(jù)《中國能源報》記者采訪了解，電芯容量達到320Ah量級，電芯內(nèi)部溫度將超過800℃，高于磷酸鐵鋰的分解溫度，無疑對電芯安全、設計能量、生產(chǎn)制造工藝等產(chǎn)業(yè)鏈其他環(huán)節(jié)提出挑戰(zhàn)。

　　“電芯的研發(fā)也是‘不可能三角’，即不可能同時存在高能量密度、高循環(huán)次數(shù)和高安全性。”李炎明坦言，其中能量密度是幾乎所有電池設計時必須考慮的首要問題。當設計的能量密度提高時，電芯不得不選擇更薄的隔膜，材料也需要使用在極限壓實和面密度下。一方面，如此極限的設計會讓電芯的吸液更加困難，從而影響循環(huán)性能;另一方面，更薄的隔膜鋁塑膜、更高能量密度的材料也意味著安全性能更差。能量密度與電芯性能是任何一種設計都無法避免的問題。“當能量密度有較大優(yōu)勢時，電芯的循環(huán)安全性能就有可能存在一定隱患。而當循環(huán)安全性能做到百分之百無誤時，能量密度又較低，產(chǎn)品缺乏很強的競爭力，所以企業(yè)基本會找一個平衡點。”

　　“電芯廠家對外普遍宣傳的經(jīng)濟循環(huán)壽命是6000、8000、12000次，而這是在特定的實驗環(huán)境和數(shù)據(jù)模型推導出的結(jié)果。當電芯經(jīng)過PACK做成電池包應用在儲能系統(tǒng)上，經(jīng)濟循環(huán)壽命達不到上述次數(shù)。”湖南時代聯(lián)合新能源有限公司生產(chǎn)計劃和物料管控經(jīng)理王旭君告訴《中國能源報》記者，280AH在2020年推向市場后，2021年能量產(chǎn)的不超過三家電芯廠，2022年成為儲能電站應用的主流，第一批280AH電芯裝機后在2025年前后將出現(xiàn)售后事件劇增的情況，一切都有待時間驗證。

　　安全由多環(huán)節(jié)決定

　　大容量電芯的應用是把雙刃劍，成本降低、加速市場發(fā)展的同時也帶來了對應的技術問題和需要解決的安全隱患。業(yè)內(nèi)人士普遍認為，儲能大電芯系統(tǒng)級安全由包括電芯安全設計、熱蔓延隔離設計、系統(tǒng)預警機制設計、消防系統(tǒng)設計在內(nèi)的多個環(huán)節(jié)決定。

　　“單純從電芯角度來看，隨著自動化設備水平提升，電芯廠家的生產(chǎn)控制能力也進一步升級。同時，伴隨自動化檢測設備和方法改進，對電芯出廠前的安全篩查也有了突破性的方法。”宋柏介紹，當然在材料領域也會有對應變化，如耐熱性穩(wěn)定性更優(yōu)秀的隔膜體系應用、輔助添加劑在電芯內(nèi)的應用等，都會持續(xù)提升電池的安全和穩(wěn)定性。“但從電化學角度看，鋰離子電池仍無法保證絕對安全，潛在風險需從系統(tǒng)設計、安全預警、消防手段等其他管理策略角度去輔助故障發(fā)生后的有效安全措施，因此未來的安全設計是一個系統(tǒng)化的方案。”

　　在部分業(yè)內(nèi)人士看來，大電芯安全程度的關鍵取決于集成商，因為鋰電儲能大電芯失控后基本不具有自燃可能性。失控早期散發(fā)的是氫氣和一氧化碳，這兩者均是可燃氣體，所以儲能安全在于儲能集成商能否做到簇級別集裝箱控制明火。

　　“鋰電池熱失控電芯之間的傳遞時間相對長，這給儲能滅火降溫提供了很好的條件，但集成商不用細水霧為組合電池降溫，這個有利條件就起不了作用。然而，只做模組級或者組合電池阻燃電池檢測是不夠的，一定是拿到單元組建安裝級別的UL防火等級監(jiān)測中心認證才可以。”王旭君舉例，“消防部門曾以儲能柜做過實驗，電池插箱一旦起火，集裝箱柜門會在起火3秒內(nèi)蹦開，所以插箱設計防爆閥的選擇很重要?，F(xiàn)在常用的彈簧式泄壓閥不能排熱量，亟需改進。此外，集裝箱的柜門或者箱體設計，要設有一個口徑大的泄壓板，不能為了追求集成化和防護等級做成全密封。”

　　采訪中，有不少人士表示，系統(tǒng)集成商作為下游，電芯對其而言只是配件的一種，電芯的安全程度還是取決于電芯廠家的制造和第三方檢測機構的檢測水平。

　　來源：中國能源報 記者 蘇南