数据显示,当储能电池的循环次数提升到万次后,储能成本有望降至1000元/kWh以下。据测算,储能电池循环次数超过18000次,一天充放电两次的情况下使用寿命约为25年,可与光伏寿命同步。
目前我国的电化学储能电站度电成本在0.5元/kWh以上,抽水蓄能电站度电成本在0.25元/kWh左右,若伴随着使用寿命增长及原材料价格平稳,远期电化学储能电站LCOS有望降至0.3元/kWh左右,接近抽水蓄能的LCOS。亿纬锂能对外表示,LF560K储能电芯配套储能电站后,运营成本较常规的抽水蓄能电站更低,可满足储能大规模、高经济性应用需求。
方形储能电池长薄化,叠片卷绕工艺形成竞争之势。相较传统卷绕生产工艺,280Ah以及以上容量电芯中叠片工艺使用率加速渗透。目前推出的大容量电芯产品中,蜂巢能源325Ah电芯、亿纬储能560Ah电芯、雄韬股份580Ah电芯、海辰储能320Ah电芯均采用叠片工艺,海基新能源375Ah储能电芯采用叠片式卷绕工艺,南都电源305Ah储能电芯采用四卷芯叠片工艺。据资料,亿纬锂能3.0堆叠技术可实现0.2s/PCS的叠片速率,单台叠片设备产能1.3GWh,这能够大幅度降低工厂的能耗、投资额和人工成本。
蜂巢能源凭借“飞叠”技术,并基于短刀电芯结构打造325Ah储能电池。叠片电池与大容量电池具有天然的兼容性,叠片电池的极耳数量是卷绕的2倍,极耳数量的增加能够缩短电子传输距离,降低电阻,减少产热,理论循环寿命更长;叠片工艺相较于卷绕工艺,单极片的长度缩短100倍;叠片电池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。
因此叠片工艺的电池理论上拥有更高体积能量密度上限、更稳定的内部结构和更长的循环次数。全模切极耳数量变为两倍,可解决电子电导的集流问题,提升电池快充性能。此外,叠片技术还可减少Pack零部件数量,提升电池集成度,有利于减少储能系统占地面积和土建支出。
总体看来,叠片工艺与大容量电池生产工艺的匹配度更高,但存在工艺难度大、设备投资成本高、良率低等劣势。因此,亦有部分厂商仍采用卷绕工艺生产超280Ah容量电芯。鹏辉能源发布的320Ah储能电芯、瑞浦兰钧的320Ah储能电芯即采用卷绕工艺。目前,生产工艺上,叠片、卷绕正在280Ah及以上大容量电芯形成竞争之势。
随着叠片工艺的成熟、国产叠片机效率提升,叠片电池技术在成本降低的同时效率有望提升。不久的将来,叠片工艺或将与卷绕技术在更多容量范围内的储能电池生产形成“相互竞争、相互补充”的态势,此前,受限于生产效率低与投入成本高,叠片路线在锂电池制造环节渗透缓慢。随着叠片设备工艺不断进步,叠片电池正在快速起量,为供应链相关企业带来更大的市场空间,建议关注国产叠片机、极片冲切模具等技术设备的相关厂家。
3.户用储能方面,大圆柱电池有望加速渗透
2021年来,全球户用储能规模增速明显,海外方面,欧美能源成本和电价持续攀升,叠加俄乌战争和海外大型停电事件,尤其是近年来极端天气频发,使得能源供给难度增加,居民用电需求和用电成本大增,户用储能市场超预期爆发。国内方面,随着峰谷电价差扩大及户用分布式光伏装机进程,户用储能有望迎来爆发。预计未来几年全球将迎来户用储能爆发新阶段。
另一方面,户用储能系统容量从3-5kWh向5-20kWh迭代,对户用储能电池的容量、功率、成本和寿命也提出了新要求。当前市场应用户用储能电芯主要包括方形、软包及圆柱。电芯单体容量层面,方形容量范围为50-100Ah,软包为30-80Ah,圆柱为10-50Ah。由于户储应用场景对于容量和便携性需求多样,因此对于储能电池灵活串并联的要求较高,以磷酸铁锂材料为主的大圆柱电池凭借其灵活成组优势性能凸显。
目前,大圆柱电池在储能领域的规模应用进度明显优先于动力板块,尤其在户储市场渗透率突出,多家电池企业已经或计划推出大圆柱户用储能专用电池。海辰储能发布的大圆柱电池产品规格覆盖4680-46300,单体容量则涵盖10-50Ah,灵活适配性更强,满足户用储能应用场景定制化需求。
鹏辉能源针对户用储能市场同样推出40135系列大圆柱电池,目前已经量产并已经收到客户订单,40135大圆柱电池采用全极耳结构、磷酸铁锂低温超导和全周期动态均衡技术,具备超强动力、超长续航、宽温程使用等优异性能,主要应用在户用储能、便携式储能领域,目前正在开发46系大圆柱电池,未来可应用在户储领域。
大圆柱电池规格较多,尚未形成主导标准,布局企业从0到1机遇。区别于三元大圆柱电池尺寸多为46系列,户用储能市场目前多家企业产品的型号和规格略有不同。
如鹏辉能源、亿纬锂能生产的大圆柱电池主要为40135型号(直径40mm,高度135mm),而海辰储能大圆柱电池4680-46300则是基于46mm直径,高度则覆盖80-300mm。其余厂家大圆柱电池产品直径从26-60mm不等都有布局。目前户用电池正处于发展初期,户储产品应用场景丰富,需要适配不同场景产品需求,因此尚未形成统一标准。户用电池尚处发展初期,各公司处于探索阶段,未来新进企业可以通过融资、产品差异化开发、销售渠道拓宽等方式实现弯道超车,关注户用电池企业从0到1机遇。
结合市场需求和技术迭代来看,大圆柱正成趋势。相较于传统小圆柱电池,大圆柱电池尺寸增加,单体电池的容量更高,后续PACK组成串并联和结构件减少,有利于降低成本。大圆柱磷酸铁锂电池受到户储市场的青睐,一方面是得益于制造工艺和材料体系优化使得大圆柱电池在成本、容量、性能、循环和安全方面优势凸显,另一方面结构上创新使用全极耳技术,大幅提升了电池充电、放电的倍率性能。
全极耳技术赋能磷酸铁锂大圆柱电池,充放电性能及安全性显著提升。“全极耳”技术是实现高功率密度的重要路径,传统的圆柱体电池极耳为铜箔和铝箔两端焊接的导引线,而全极耳是把整个正负极集流体全部作为极耳,通过集流体与电池壳体或电池盖板进行全面积连接,可大幅降低电池内阻和发热量,从而解决高能量密度电芯的发热问题,并提高充放电峰值功率。乘用车用大圆柱电池普遍采用了多极耳或者全极耳方式,以特斯拉4680电池为例,相较于此前2170电池,电池电芯容量是2170的5倍,充电功率提高6倍。目前具备该技术的企业也把技术移植到户用储能的大圆柱磷酸铁锂电池上,如亿纬锂能和鹏辉能源的40135大圆柱磷酸铁锂电池均采用了全极耳。全极耳电池极耳接触面积变大,焊接区域由线变为面,焊接量增多的同时对一致性要求也更高,焊接难度增大。全极耳焊接点位增加,焊接难度变大叠加电池的需求量增大,预计大圆柱电池的规模化应用将会催生焊接需求增长,建议关注国内焊接设备龙头,如激光焊接、超声波滚焊等设备厂商龙头。
大圆柱电池循环寿命瞄准5000次门槛,向更高目标突破。传统圆柱电池的循环寿命在2000次左右,使用寿命短成本高。使用寿命作为储能电池的关键指标,大圆柱电池较传统圆柱电池大幅提升,部分企业已经将循环寿命瞄准5000次甚至更高次数,以实现户储产品可满足10年甚至更久的使用需求。亿纬锂能40135圆柱电池循环次数4000次。海辰储能大圆柱电池4680-46300,采用GI系统设计、曲率张力耦合设计、3D1nfil边界设计等,提升大圆柱电池电化学反应环境,循环次数超5000次。大圆柱电池在成本、寿命、安全和后续配组等方面的优势不言而喻。目前,多家电池企业针对户用储能、便携式储能应用场景需求,开始重点布局大圆柱磷酸铁锂电池。未来,随着产品在性价比、安全性和便携性方面逐步被验证,预计会有更多企业参与,大圆柱磷酸铁锂电池放量有望带动户用电池供给端“变革”。