中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著314Ah電芯在儲(chǔ)能招投標(biāo)中逐漸起量，配套5MWh+系統(tǒng)的技術(shù)更加成熟，已是當(dāng)之無愧的第二代儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)電芯，高工產(chǎn)研（GGII）預(yù)測(cè)，2024年314Ah電芯滲透率將超20%。
與此同時(shí)，為滿足更大規(guī)模電站、以及更長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)的儲(chǔ)能需求，各大電芯廠商已啟動(dòng)500Ah+、600Ah+、甚至1000Ah以上更大容量電芯“備戰(zhàn)”，以搶占下一代儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)電芯身位。
然而，電芯容量的升級(jí)雖然帶來了更大的單艙能量密度，卻對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)安全帶來了更大的挑戰(zhàn)。寧德時(shí)代CTO許金梅認(rèn)為，大容量電芯研發(fā)要求廠商在尺寸限制、容量追求和安全保障三方面達(dá)到平衡。
而“刀片化”是目前確保大容量電芯在尺寸限制、容量、安全三方面得到平衡的“明路”之一。
據(jù)高工儲(chǔ)能觀察，目前600Ah以上大容量?jī)?chǔ)能電芯，普遍改變了71773方形尺寸，選擇了更薄的“刀片形態(tài)”，制造工藝上也集體轉(zhuǎn)向了疊片工藝。
據(jù)高工儲(chǔ)能不完全統(tǒng)計(jì)，目前已有9家電芯廠商推出超10款以上600Ah+儲(chǔ)能電芯，均使用了疊片工藝：
包括瑞浦蘭鈞625Ah電芯、億緯鋰能Mr.Big 628Ah電芯、蜂巢能源L500-660Ah/710Ah/730Ah儲(chǔ)能電芯、海辰儲(chǔ)能1130Ah、昆宇電源720Ah電芯、楚能新能源625Ah、欣旺達(dá)欣岳625Ah、南都電源690Ah電芯、天弋能源630Ah電芯等。
大容量與疊片有著天然的兼容性
相較卷繞工藝，疊片工藝與大容量?jī)?chǔ)能電芯具有天然的兼容性，在經(jīng)濟(jì)性與安全性上擦出了更大的火花。
經(jīng)濟(jì)性方面，疊片電池在封裝極片過程中不存在C角問題，能夠充分利用殼體邊角空間，提升體積和質(zhì)量能量密度，有利于減少儲(chǔ)能系統(tǒng)占地面積和土建支出。
此外，大容量刀片電芯更適合適無模組化，更容易實(shí)現(xiàn)堆疊，進(jìn)一步集成電池簇、系統(tǒng)時(shí)靈活性更好，具有明顯的降本增效的優(yōu)勢(shì)。
從實(shí)際案例來看，蜂巢能源L500儲(chǔ)能專用電芯在短刀設(shè)計(jì)下，采用LCTP技術(shù)，與傳統(tǒng)VDA儲(chǔ)能系統(tǒng)相比，Pack零部件減少15%，Rack動(dòng)力連接件減少50%，成本降低3.1%。
安全性方面，隨著容量提升，電芯散熱更加困難，熱量分布不均問題也更加明顯，更容易引起熱失控問題。
而在刀片形態(tài)下，電芯薄、比表面積大利于散熱、溫升小，大幅提升了儲(chǔ)能電芯的安全性。不僅如此，刀片電芯多采用全極耳設(shè)計(jì)，內(nèi)阻大幅降低，電芯熱損耗降低，熱失控風(fēng)險(xiǎn)降低。
從電芯內(nèi)部看，蜂巢能源疊片技術(shù)可實(shí)現(xiàn)極片與隔膜完全復(fù)合，保證了正負(fù)極反應(yīng)界面的一致性，顯著提升了電芯安全性。
海辰儲(chǔ)能的做法是，設(shè)計(jì)了3x3三維立體氣道和定向開閥結(jié)構(gòu)，可快速、精準(zhǔn)、定向的排出電池?zé)崾Э貢r(shí)產(chǎn)生的氣體。
結(jié)合系統(tǒng)層面來看，由于超大容量電池串并聯(lián)數(shù)量大幅減少，可減少一半左右的系統(tǒng)電氣連接部件，電芯的數(shù)據(jù)檢測(cè)，更好、更快速地監(jiān)測(cè)到安全隱患。
一直堅(jiān)持疊片路線的昆宇電源，在本次SNEC展會(huì)上，昆宇電源便推出了720Ah疊片電芯。在安全方面，昆宇電源將電芯產(chǎn)品從形態(tài)上做長(zhǎng)，降低電芯的升溫，提升了儲(chǔ)能電芯的安全性。
此外，昆宇電源還創(chuàng)新性設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)件的定向氣道及開閥結(jié)構(gòu)，雙重安全防護(hù)，快速、精準(zhǔn)、定向的排出電池?zé)崾Э貢r(shí)產(chǎn)生的氣體。
在熱擴(kuò)散的層面上，昆宇電源也做了相關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在電芯與電芯之間增加了高隔熱材料，可有效的避免當(dāng)電芯發(fā)生失控時(shí)熱擴(kuò)散至臨近的電芯。
卷改疊，還需要攻克哪些問題
從行業(yè)內(nèi)看，卷繞工藝發(fā)展時(shí)間相對(duì)更長(zhǎng)，工藝成熟、成本低、良率高，在動(dòng)力電池占據(jù)絕對(duì)的主流。而疊片工藝以體積利用率高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、內(nèi)阻小、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，近年來在動(dòng)力市場(chǎng)的占比正在提升，也正慢慢向儲(chǔ)能市場(chǎng)滲透。
昆宇電源副總裁王興春告訴高工儲(chǔ)能，電池工藝從卷到疊是“返璞歸真”的狀態(tài)，是從電芯到系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，不僅減少了并聯(lián)的電芯組串?dāng)?shù)量，還減少了50%左右的系統(tǒng)電氣連接部件。
然而，效率問題是疊片工藝推廣的一大掣肘。
在疊片過程中，需要擺動(dòng)隔膜來疊放極片、避讓隔膜交替進(jìn)行，增加了單次疊片所需要的時(shí)間，同時(shí)只能實(shí)現(xiàn)單片堆疊，疊片效率很難有大的提升，一般為 0.5s/pcs/工位。
值得一提的是，all in刀片電池的蜂巢能源，其飛疊技術(shù)3.0已在2022年四季度實(shí)現(xiàn)0.125s/pcs效率。對(duì)比2019年蜂巢能源疊片技術(shù)的0.6s/pcs，已實(shí)現(xiàn)了超3倍的飛躍。
此外，良率問題可能在大容量疊片電芯上被放大，由于大容量電芯極片數(shù)量更多，掉粉、毛刺問題更突出。2022年相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，疊片大容量電芯的生產(chǎn)效率在6-8PPM左右，若電芯容量提升至600Ah以上，生產(chǎn)效率可能會(huì)更低。
而目前，疊片工藝主要包括Z字型、切疊一體、熱復(fù)合、卷疊一體（日韓專利，國內(nèi)用的較少）四類，對(duì)相關(guān)設(shè)備的良率要求較高，對(duì)設(shè)備廠商和電芯廠商來說都是極大的挑戰(zhàn)。
值得一提的是，蜂巢能源飛疊技術(shù)已進(jìn)階至第三代，在良率改進(jìn)方面，該技術(shù)集成了CCD在線檢測(cè)，每臺(tái)飛疊設(shè)備有65臺(tái)CCD相機(jī)，可實(shí)現(xiàn)100%檢測(cè)極片尺寸不良情況，實(shí)現(xiàn)每一片全檢，良率達(dá)到了99.9%。
除了硬件上的比拼，欣旺達(dá)近期還在625Ah疊片儲(chǔ)能電芯上用上了AI閃疊、智能算法等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)PPB級(jí)的極片缺陷攔截，精確、快速識(shí)別瑕疵和缺陷。
誠然，疊片工藝仍在不斷進(jìn)步，600Ah+大容量?jī)?chǔ)能電芯也并非只有“刀片+疊片”的唯一選項(xiàng)。但以目前超10家電芯企業(yè)布局的路線來看，600Ah+大容量電芯刀片化是明確的趨勢(shì)。
未來，如何實(shí)現(xiàn)更大容量?jī)?chǔ)能電芯在尺寸限制、安全、性能等方面的平衡，仍是各大電芯廠商的重要命題。
