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(yīng)求，不少企業(yè)通過技術(shù)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(shè)計是未來儲能領(lǐng)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(shù)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(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)計過程中可減少綜合輔助設(shè)備用量，如空調(diào)總數(shù)、集裝箱總數(shù)、消防安全設(shè)備總數(shù)。”

　　“并非電芯越大，利潤越高。”儲能領(lǐng)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(yīng)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(shù)突破和更合理的設(shè)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(yīng)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(yīng)用和檢驗，更優(yōu)秀的電池設(shè)計方案得到確認，儲能領(lǐng)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(shè)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(shè)計時必須考慮的首要問題。當設(shè)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(shè)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(shè)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(dǎo)出的結(jié)果。當電芯經(jīng)過PACK做成電池包應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)的技術(shù)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(shè)計、熱蔓延隔離設(shè)計、系統(tǒng)預(yù)警機制設(shè)計、消防系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(shè)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(lǐng)域也會有對應(yīng)變化，如耐熱性穩(wěn)定性更優(yōu)秀的隔膜體系應(yīng)用、輔助添加劑在電芯內(nèi)的應(yīng)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(shè)計、安全預(yù)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(shè)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(guān)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(shè)計防爆閥的選擇很重要。現(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(shè)計，要設(shè)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(gòu)的檢測水平。

　　來源：中國能源報 記者 蘇南