储能大电芯如何既大又安全?

　　从280Ah到580Ah，电芯大型化趋势明显。

　　随着储能产业高速发展，市场对电芯的需求供不应求，不少企业通过技术迭代，不断增容电芯容量。从280Ah到300Ah，再到580Ah，电芯容量越来越大。

　　业内人士计算的储能项目收益模型显示，储能大电芯降低了整体系统造价，提高了项目收益，大型化电芯设计是未来储能领域电芯的发展方向。不过，也有业内专家担心，大容量电芯层出不穷，电芯升高伴随的热管理、综合效率等方面的风险也在不断增加，需要结合系统多维度手段保证系统安全。

　　电芯容量快速增容

　　目前，主流电芯仍以280Ah为主，但随着技术迭代加速，电芯大型化趋势越发明显，目前超过300Ah的大容量电芯现已陆续出现20多种品类。

　　《中国能源报》记者了解到，南都电源、天合储能、赣锋锂电、鹏辉能源、蜂巢能源等企业均研发了超300Ah容量的电芯，亿纬锂能、雄韬股份均已研发出560Ah、580Ah的超大容量电芯。以目前最大容量的雄韬股份储能电芯为例，其循环寿命达到10000次。亿纬锂能发布的公告显示，560Ah大电芯循环寿命超过12000次，可实现系统集成应用降本10%，零部件数量减少47%，生产效率提升30%。

　　在东营昆宇电源科技有限公司副总裁宋柏看来，大容量化的电芯设计进一步降低了电池壳、上盖板的成本，实际生产过程中材料的利用率也会有所提高，因此带来更有力的价格竞争力。“同时，在综合系统设计上，更高容量的电芯带来更高的体积能量密度，在集装箱设计过程中可减少综合辅助设备用量，如空调总数、集装箱总数、消防安全设备总数。”

　　“并非电芯越大，利润越高。”储能领跑者联盟数据互联部主管李炎明接受《中国能源报》记者采访时表示，从目前的市场情况看，各家企业研发大电芯的初衷都是降成本。“未来究竟哪一款能够成为市场主流，还是要看大面积应用中谁的成本低，类似此前的光伏尺寸之争。”

　　“目前并没有真正意义上的一款通用电芯型号，行业也没有完全形成储能电芯型号的标准化。相信未来一段时间，随着技术突破和更合理的设计，会涌现更多储能类电芯方案。”宋柏告诉《中国能源报》记者，企业应沿着多种电池型号、多种材料体系、多种成本方案等开展电芯研发。“相信随着市场应用和检验，更优秀的电池设计方案得到确认，储能领域电芯会有新突破，这是储能产业健康发展的重要前提。”

　　寻找“三角平衡点”

　　据《中国能源报》记者采访了解，电芯容量达到320Ah量级，电芯内部温度将超过800℃，高于磷酸铁锂的分解温度，无疑对电芯安全、设计能量、生产制造工艺等产业链其他环节提出挑战。

　　“电芯的研发也是‘不可能三角’，即不可能同时存在高能量密度、高循环次数和高安全性。”李炎明坦言，其中能量密度是几乎所有电池设计时必须考虑的首要问题。当设计的能量密度提高时，电芯不得不选择更薄的隔膜，材料也需要使用在极限压实和面密度下。一方面，如此极限的设计会让电芯的吸液更加困难，从而影响循环性能;另一方面，更薄的隔膜铝塑膜、更高能量密度的材料也意味着安全性能更差。能量密度与电芯性能是任何一种设计都无法避免的问题。“当能量密度有较大优势时，电芯的循环安全性能就有可能存在一定隐患。而当循环安全性能做到百分之百无误时，能量密度又较低，产品缺乏很强的竞争力，所以企业基本会找一个平衡点。”

　　“电芯厂家对外普遍宣传的经济循环寿命是6000、8000、12000次，而这是在特定的实验环境和数据模型推导出的结果。当电芯经过PACK做成电池包应用在储能系统上，经济循环寿命达不到上述次数。”湖南时代联合新能源有限公司生产计划和物料管控经理王旭君告诉《中国能源报》记者，280AH在2020年推向市场后，2021年能量产的不超过三家电芯厂，2022年成为储能电站应用的主流，第一批280AH电芯装机后在2025年前后将出现售后事件剧增的情况，一切都有待时间验证。

　　安全由多环节决定

　　大容量电芯的应用是把双刃剑，成本降低、加速市场发展的同时也带来了对应的技术问题和需要解决的安全隐患。业内人士普遍认为，储能大电芯系统级安全由包括电芯安全设计、热蔓延隔离设计、系统预警机制设计、消防系统设计在内的多个环节决定。

　　“单纯从电芯角度来看，随着自动化设备水平提升，电芯厂家的生产控制能力也进一步升级。同时，伴随自动化检测设备和方法改进，对电芯出厂前的安全筛查也有了突破性的方法。”宋柏介绍，当然在材料领域也会有对应变化，如耐热性稳定性更优秀的隔膜体系应用、辅助添加剂在电芯内的应用等，都会持续提升电池的安全和稳定性。“但从电化学角度看，锂离子电池仍无法保证绝对安全，潜在风险需从系统设计、安全预警、消防手段等其他管理策略角度去辅助故障发生后的有效安全措施，因此未来的安全设计是一个系统化的方案。”

　　在部分业内人士看来，大电芯安全程度的关键取决于集成商，因为锂电储能大电芯失控后基本不具有自燃可能性。失控早期散发的是氢气和一氧化碳，这两者均是可燃气体，所以储能安全在于储能集成商能否做到簇级别集装箱控制明火。

　　“锂电池热失控电芯之间的传递时间相对长，这给储能灭火降温提供了很好的条件，但集成商不用细水雾为组合电池降温，这个有利条件就起不了作用。然而，只做模组级或者组合电池阻燃电池检测是不够的，一定是拿到单元组建安装级别的UL防火等级监测中心认证才可以。”王旭君举例，“消防部门曾以储能柜做过实验，电池插箱一旦起火，集装箱柜门会在起火3秒内蹦开，所以插箱设计防爆阀的选择很重要。现在常用的弹簧式泄压阀不能排热量，亟需改进。此外，集装箱的柜门或者箱体设计，要设有一个口径大的泄压板，不能为了追求集成化和防护等级做成全密封。”

　　采访中，有不少人士表示，系统集成商作为下游，电芯对其而言只是配件的一种，电芯的安全程度还是取决于电芯厂家的制造和第三方检测机构的检测水平。

　　来源：中国能源报 记者 苏南