摘要

在近日舉行的2023高工儲能年會上首席科學家吳凱博士表示：“鋰電儲能循環(huán)壽命、安全可靠、經(jīng)濟性需要做好兼顧平衡。”

鋰電儲能正處于高速發(fā)展期，加速成為能源轉(zhuǎn)型的核心支撐。

愈來愈多業(yè)界人士認識到，儲能市場空間巨大。當前技術(shù)路線以抽蓄和新型儲能為主，鋰電儲能占新型儲能的94%以上，且占比呈上升趨勢，潛力最大。

不過，2023年以來各行各業(yè)加速跨界涌入賽道，行業(yè)競爭加劇。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，房地產(chǎn)、電子產(chǎn)品、服裝、家用電器，甚至食品行業(yè)的企業(yè)紛紛跨界，儲能企業(yè)數(shù)量劇增，由此引發(fā)儲能產(chǎn)品參差不齊，影響行業(yè)健康發(fā)展。

“鋰電儲能循環(huán)壽命、安全可靠、經(jīng)濟性需要做好兼顧平衡。”在近日舉行的2023高工儲能年會上首席科學家吳凱博士表示，針對鋰電儲能的循環(huán)壽命、安全可靠、經(jīng)濟性三大方面，唯有研發(fā)、制造的技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)三者兼顧，才能推進鋰電儲能高質(zhì)量發(fā)展。

據(jù)此，吳凱分享了寧德時代儲能電芯研發(fā)四大關(guān)鍵技術(shù)，以及儲能電芯制造六大基準點。而對于如何平衡安全、壽命以及成本，吳凱博士認為，安全是儲能的底線，而在這個基礎(chǔ)之上，是壽命和成本。

如何實現(xiàn)安全可靠/循環(huán)壽命/經(jīng)濟性平衡

如何實現(xiàn)鋰電儲能高質(zhì)量發(fā)展是行業(yè)急需解決的難題之一。對此，吳凱提出， “鋰電儲能循環(huán)壽命、安全可靠、經(jīng)濟性需要做好兼顧平衡。”

安全可靠方面，儲能電池應實現(xiàn)全生命周期的安全性檢測、預警和防護。

循環(huán)壽命方面，儲能電池應開展25年以上的循環(huán)壽命及健康狀態(tài)快速監(jiān)測和評價。

經(jīng)濟性方面，深入挖掘鋰電儲能的價值，創(chuàng)新商業(yè)模式，提升市場競爭力。

而如何實現(xiàn)三者的平衡仍是行業(yè)重要難題，尤其在2023年行業(yè)價格戰(zhàn)的大背景下，要實現(xiàn)三者平衡顯得難度更大。吳凱表示，這三者往往需要相互設計，并在制造開發(fā)過程當中都存在各自非常重要的因素，因此這三者兼顧平衡非常重要。

儲能電芯研發(fā)“四大關(guān)鍵技術(shù) ”

鋰電儲能在經(jīng)濟成本和安全可靠之間平衡難度正在逐漸增大，面對儲能電池大容量、長時間儲能的發(fā)展態(tài)勢，串并聯(lián)電池數(shù)量逐漸增多，儲能電池的安全問題面臨著更為嚴峻的挑戰(zhàn)。

吳凱認為， 要解決這個問題，關(guān)鍵還要靠技術(shù)創(chuàng)新。針對于此，寧德時代在儲能電池領(lǐng)域提出了四大關(guān)鍵技術(shù)。

第一，安全。如果安全問題不解決一旦投入產(chǎn)品，將來發(fā)生事故給整個行業(yè)和社會帶來危害，寧德時代一直希望為用戶，為合作伙伴，也為自己綁牢安全帶。

寧德時代參照了核電站的安全理念，在材料選擇、開發(fā)設計、極限制造、實證測試方面構(gòu)建了多級安全體系。吳凱博士呼吁，核電級鋰電儲能安全體系亟待建立。

第二，壽命。電池的循環(huán)壽命對儲能電站這個體系來說，對于節(jié)約投資設備、提高系統(tǒng)能效非常重大，儲能設備有20年甚至更久的壽命，“十四五”的能源規(guī)劃材料當中要求儲能電池25年以上的循環(huán)壽命和健康的狀態(tài)，

吳凱認為，建立快速監(jiān)測評價體系，可保障儲能電池能夠安全、穩(wěn)定、高質(zhì)量地運行。

寧德時代對應開發(fā)了自修復電解液、低鋰耗陽極，大大減緩了電池消耗，提升了電池壽命。

第三，耐高溫。因為儲能電池長時間曝露在高溫的環(huán)境下會加速電池的老化和容量設計，嚴重影響了安全的問題。

因此儲能電池循環(huán)壽命極其重要，目前要求的不是8-10年，而是需要15年以上，國家還提出要25年。

“要實現(xiàn)長壽命，耐高溫非常重要。”寧德時代今年發(fā)布了耐高溫電池，能夠在超過35度的條件下依然保持了良好的衰減特性，有效提高了儲能系統(tǒng)高溫環(huán)境的自適應。而很重要的一點則在于，不需要任何冷卻，成本上節(jié)約不少。

事實上，在儲能系統(tǒng)內(nèi)，冷卻系統(tǒng)不但耗費成本，而且常常出現(xiàn)故障。行業(yè)一直面臨一個重要難題：能不能把儲能系統(tǒng)冷卻部分去掉？即無輔助電源的儲能系統(tǒng)。吳凱強調(diào)，去掉冷卻系統(tǒng)，這是一個很有價值的發(fā)展方向。

第四，高集成。儲能系統(tǒng)的負荷率很高，需要考慮能量管理、電源管理、運行策略等等多方面的因素，最終使得系統(tǒng)電量提升、免增補，裝配更簡化。

在高集成方面，寧德時代新研發(fā)出來的系統(tǒng)，對比上一代產(chǎn)品，實現(xiàn)系統(tǒng)電量提升28%，電芯總體積與電池艙體積比值提升28%，系統(tǒng)容量可實現(xiàn)3-5年免增補，系統(tǒng)能量與PCS功率完美適配，能夠有效降低初始投資。

儲能電芯制造“六大基準點”

技術(shù)決定了性能理論的天花板，制造決定了實際應用的上限。

制造對于儲能電池而言非常重要，寧德時代為提出了“極限制造”的理念，并正在通過與大量人工智能技術(shù)的融合，提升智能能力。

吳凱介紹，寧德時代儲能電池的制造有六點關(guān)鍵：極高的安全性，極精密的要求，極高一致性，極高清潔度，極低的缺陷率，極低的成本。

相對來說，儲能是比較標準化的產(chǎn)品，盡管對比動力電池少了柔性等要求，但上述六個方面按照單個要求來說比動力電池要求更高一點，因為儲能電芯并聯(lián)數(shù)量多、電量大，對安全、一致性、精密性提出了更高的要求。

“鋰電池的潔凈度和醫(yī)院做心臟手術(shù)的手術(shù)室差不多水平，但是面積是手術(shù)室的1千倍，可以想象要同時解決以上六個問題，非常之困難。”吳凱強調(diào)，這六個方面不是解決好某一個方面就行，一定是六個方面同時都解決。

首先，電池要構(gòu)建極精密、超高速的制造裝備，此前全球基于消費類電池的制造工藝的設備都無法滿足鋰電池大規(guī)模高一致性的制造要求，為此，寧德時代先后研究了勻漿系統(tǒng)、激光焊接設備等系列鋰電池高端制造裝備，實現(xiàn)了國產(chǎn)化替代；也研制出寬幅涂布裝備和高速卷繞裝備，設計開發(fā)了極耳成型連續(xù)輥焊裝備，既做到國際領(lǐng)先，又填補了國內(nèi)空白。

其次，構(gòu)建全球最豐富的鋰電池缺陷數(shù)據(jù)庫，寧德時代設置了6800個質(zhì)量控制點和300+CCD檢測。在此過程中，寧德時代發(fā)明了CCD檢測，構(gòu)建了全球最豐富的鋰電池的缺陷數(shù)據(jù)庫，將AI圖像和缺陷檢測引入到鋰電池的行業(yè)，通過了不斷的學習、優(yōu)化的算法，提高檢測的準確性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

吳凱強調(diào)，儲能系統(tǒng)鋰電池和動力電池包，在電芯數(shù)量和重量并不一致。但動力電池包里大約100-200顆電芯，每一顆電芯需經(jīng)過不斷驗證、檢測，才能達到安全要求。安全如何處理到位？最重要的是防遺漏，因此100%電池檢測是必要而必須的。

據(jù)此，寧德時代創(chuàng)造了全流程的智能測控系統(tǒng)，以仿真可視化的巡檢代替人工巡檢，超過6800個質(zhì)量檢測點、4萬多張圖像檢測系統(tǒng)，全面監(jiān)控生產(chǎn)設備，實時捕捉產(chǎn)品狀態(tài)。

在此基礎(chǔ)上，寧德時代還運用AI圖像算法對產(chǎn)品外觀和形態(tài)的高精缺陷進行觀察，提前預防，并且對工序優(yōu)化，平均超過1萬項的檢測，最大程度地避免了產(chǎn)品缺陷。

憑借裝備健康管理與預測性維護，寧德時代可根據(jù)設備的狀態(tài)合理安排，使產(chǎn)線能夠達到近乎0的停機時間，最大高效地保證生產(chǎn)。一方面，智能檢測可以大幅度降低人的工作量；另一方面，也可以幫助運維人員快速掌握系統(tǒng)。

“人工智能的運作，幫助儲能電池制造進入了一個高速發(fā)展的階段。”與此同時，在面對儲能內(nèi)卷的行業(yè)背景下，吳凱博士認為，構(gòu)建可信、可持續(xù)的新型儲能，是儲能行業(yè)應該要提交的“答卷”。

審核編輯：劉清