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;