Collaborative Network of Power Generation

发电企业协作网
  • 2024火电低碳化改造技术论坛暨环保、固废资源化综合利用交流研讨会
  • 全国热电节能减排新技术交流研讨会
  • 第八届全国热电产业年会暨清洁供热 技术交流研讨会
  • 热烈祝贺:“2024燃煤电厂安全环保提质增效技术交流研讨会”于2024年3月28-30日于广东江门成功召开
  • 热烈祝贺:“2024燃煤电厂安全环保提质增效技术交流研讨会”于2024年3月28-30日于广东江门成功召开

储能行业专题报告:多种储能技术路线竞相发展

来源: | 作者: | 发布时间: 2023-12-13 | 287 次浏览 | 🔊 点击朗读正文 ❚❚ | 分享到:


  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”。

  (二)钠离子电池容量逼近磷酸铁锂电池,资源优势显现,有望在储能等领域与锂电池互补

  钠离子电池与锂电池各有优势,有望在储能等领域对锂电池形成补充。钠离子电池由于其资源丰富、低温性能好、充放电速度快等优点,得到了储能领域的高度关注。从性能来看,钠离子电池能量密度、循环寿命低于锂电池,但其在低温性能、快充方面更优;从成本和资源可获得性来看,钠元素储量丰富,钠离子电池材料成本低于锂电池。

  钠离子电池组成与锂离子电池类似,主要由正极、负极、电解液、隔膜几大部分组成。目前,常用的钠离子正极材料主要为层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类似物三类。其中,层状氧化物与三元材料类似,聚阴离子化合物结构则更接近磷酸铁锂,普鲁士蓝/白化合物是钠电新增路线。

  层状氧化物与其他两种路线相比,电化学性能最为优异,理论比容量约240mAh/g,原料来源广、结构简单且合成方便,可复用锂电路线程度高,产业传导路径顺畅,最先具备产业化基本条件,目前发展最为成熟,走在产业化最前列。普鲁士蓝/白化合物成本低、倍率性能好,但体积能量密度低且除水困难。聚阴离子化合物循环性能好,但成本高、能量密度低、倍率性能差。钠离子电池的负极主要为硬碳、软碳和复合无定型碳材料等,其中硬碳储钠量高但成本也较高,是目前主流路线,而软碳成本相对较低但储钠量也较低。电解液以六氟磷酸钠为主流路线,与六氟磷酸锂原理类似,产线兼容度也较高,量产难度低。

  2022年锂资源价格波动较大,钠离子电池产业链加速发展,正负极工艺路线研究活跃,多家企业已开展产业化布局。未来钠离子电池在储能领域可凭借资源及成本优势占据一席之位。

  2019年,中科院物理研究所和中科海钠研发团队共同完成的100KWh钠离子电池储能电站示范运行,为世界首座100KWh级钠离子电池储能电站。目前已有多项钠离子电池示范应用项目完成备案、建设和已投入运行。

  (三)长时储能需求带动全钒液流电池发展,降本增效成为规模化发展需跨过的首要目标

  随着“源网荷储一体化”发展,以新能源+储能为主体的新型电力系统对于长时大容量储能需求增加。全钒液流电池具有循环寿命长、电解液可循环使用、容量大、自放电率低、生命周期经济性好及环境负荷低,原料易回收等优点,并能够突破锂离子电池在长时储能方面的限制,因此具有一定的发展空间。液流电池通过电解液循环流动为电池供给活性物质,主要有全钒液流电池、锌溴电池、铁铬电池、多硫化钠溴电池4种技术路线,其中全钒液流电池的技术成熟度和产业链建设完善度相对较高。