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2024中国储能展 宁德时代如何锻造储能电池竞争力

2023-12-25 10:53:55
来源:百度

锂电储能正处于高速发展期,加速成为能源转型的核心支撑。

愈来愈多业界人士认识到,储能市场空间巨大。当前技术路线以抽蓄和新型储能为主,锂电储能占新型储能的94%以上,且占比呈上升趋势,潜力最大。

不过,2023年以来各行各业加速跨界涌入赛道,行业竞争加剧。据相关统计,房地产、电子产品、服装、家用电器,甚至食品行业的企业纷纷跨界,储能企业数量剧增,由此引发储能产品参差不齐,影响行业健康发展。

“锂电储能循环寿命、安全可靠、经济性需要做好兼顾平衡。”在近日举行的2023高工储能年会上首席科学家吴凯博士表示,针对锂电储能的循环寿命、安全可靠、经济性三大方面,唯有研发、制造的技术创新,实现三者兼顾,才能推进锂电储能高质量发展。

据此,吴凯分享了宁德时代储能电芯研发四大关键技术,以及储能电芯制造六大基准点。而对于如何平衡安全、寿命以及成本,吴凯博士认为,安全是储能的底线,而在这个基础之上,是寿命和成本。

如何实现安全可靠/循环寿命/经济性平衡

如何实现锂电储能高质量发展是行业急需解决的难题之一。对此,吴凯提出, “锂电储能循环寿命、安全可靠、经济性需要做好兼顾平衡。”

安全可靠方面,储能电池应实现全生命周期的安全性检测、预警和防护。

循环寿命方面,储能电池应开展25年以上的循环寿命及健康状态快速监测和评价。

经济性方面,深入挖掘锂电储能的价值,创新商业模式,提升市场竞争力。

而如何实现三者的平衡仍是行业重要难题,尤其在2023年行业价格战的大背景下,要实现三者平衡显得难度更大。吴凯表示,这三者往往需要相互设计,并在制造开发过程当中都存在各自非常重要的因素,因此这三者兼顾平衡非常重要。

储能电芯研发“四大关键技术 ”

锂电储能在经济成本和安全可靠之间平衡难度正在逐渐增大,面对储能电池大容量、长时间储能的发展态势,串并联电池数量逐渐增多,储能电池的安全问题面临着更为严峻的挑战。

吴凯认为, 要解决这个问题,关键还要靠技术创新。针对于此,宁德时代在储能电池领域提出了四大关键技术。

第一,安全。如果安全问题不解决一旦投入产品,将来发生事故给整个行业和社会带来危害,宁德时代一直希望为用户,为合作伙伴,也为自己绑牢安全带。

宁德时代参照了核电站的安全理念,在材料选择、开发设计、极限制造、实证测试方面构建了多级安全体系。吴凯博士呼吁,核电级锂电储能安全体系亟待建立。

第二,寿命。电池的循环寿命对储能电站这个体系来说,对于节约投资设备、提高系统能效非常重大,储能设备有20年甚至更久的寿命,“十四五”的能源规划材料当中要求储能电池25年以上的循环寿命和健康的状态,

吴凯认为,建立快速监测评价体系,可保障储能电池能够安全、稳定、高质量地运行。

宁德时代对应开发了自修复电解液、低锂耗阳极,大大减缓了电池消耗,提升了电池寿命。

第三,耐高温。因为储能电池长时间曝露在高温的环境下会加速电池的老化和容量设计,严重影响了安全的问题。

因此储能电池循环寿命极其重要,目前要求的不是8-10年,而是需要15年以上,国家还提出要25年。

“要实现长寿命,耐高温非常重要。”宁德时代今年发布了耐高温电池,能够在超过35度的条件下依然保持了良好的衰减特性,有效提高了储能系统高温环境的自适应。而很重要的一点则在于,不需要任何冷却,成本上节约不少。

事实上,在储能系统内,冷却系统不但耗费成本,而且常常出现故障。行业一直面临一个重要难题:能不能把储能系统冷却部分去掉?即无辅助电源的储能系统。吴凯强调,去掉冷却系统,这是一个很有价值的发展方向。

第四,高集成。储能系统的负荷率很高,需要考虑能量管理、电源管理、运行策略等等多方面的因素,最终使得系统电量提升、免增补,装配更简化。

在高集成方面,宁德时代新研发出来的系统,对比上一代产品,实现系统电量提升28%,电芯总体积与电池舱体积比值提升28%,系统容量可实现3-5年免增补,系统能量与PCS功率完美适配,能够有效降低初始投资。

储能电芯制造“六大基准点”

技术决定了性能理论的天花板,制造决定了实际应用的上限。

制造对于储能电池而言非常重要,宁德时代为提出了“极限制造”的理念,并正在通过与大量人工智能技术的融合,提升智能能力。

吴凯介绍,宁德时代储能电池的制造有六点关键:极高的安全性,极精密的要求,极高一致性,极高清洁度,极低的缺陷率,极低的成本。

相对来说,储能是比较标准化的产品,尽管对比动力电池少了柔性等要求,但上述六个方面按照单个要求来说比动力电池要求更高一点,因为储能电芯并联数量多、电量大,对安全、一致性、精密性提出了更高的要求。

“锂电池的洁净度和医院做心脏手术的手术室差不多水平,但是面积是手术室的1千倍,可以想象要同时解决以上六个问题,非常之困难。”吴凯强调,这六个方面不是解决好某一个方面就行,一定是六个方面同时都解决。

首先,电池要构建极精密、超高速的制造装备,此前全球基于消费类电池的制造工艺的设备都无法满足锂电池大规模高一致性的制造要求,为此,宁德时代先后研究了匀浆系统、激光焊接设备等系列锂电池高端制造装备,实现了国产化替代;也研制出宽幅涂布装备和高速卷绕装备,设计开发了极耳成型连续辊焊装备,既做到国际领先,又填补了国内空白。

其次,构建全球最丰富的锂电池缺陷数据库,宁德时代设置了6800个质量控制点和300+CCD检测。在此过程中,宁德时代发明了CCD检测,构建了全球最丰富的锂电池的缺陷数据库,将AI图像和缺陷检测引入到锂电池的行业,通过了不断的学习、优化的算法,提高检测的准确性、系统的稳定性。

吴凯强调,储能系统锂电池和动力电池包,在电芯数量和重量并不一致。但动力电池包里大约100-200颗电芯,每一颗电芯需经过不断验证、检测,才能达到安全要求。安全如何处理到位?最重要的是防遗漏,因此100%电池检测是必要而必须的。

据此,宁德时代创造了全流程的智能测控系统,以仿真可视化的巡检代替人工巡检,超过6800个质量检测点、4万多张图像检测系统,全面监控生产设备,实时捕捉产品状态。

在此基础上,宁德时代还运用AI图像算法对产品外观和形态的高精缺陷进行观察,提前预防,并且对工序优化,平均超过1万项的检测,最大程度地避免了产品缺陷。

凭借装备健康管理与预测性维护,宁德时代可根据设备的状态合理安排,使产线能够达到近乎0的停机时间,最大高效地保证生产。一方面,智能检测可以大幅度降低人的工作量;另一方面,也可以帮助运维人员快速掌握系统。

“人工智能的运作,帮助储能电池制造进入了一个高速发展的阶段。”与此同时,在面对储能内卷的行业背景下,吴凯博士认为,构建可信、可持续的新型储能,是储能行业应该要提交的“答卷”。

“2024第十八届中国国际电池供应链及储能技术博览会”将于2024年4月21-23日在南京国际展览中心(龙蟠路88号)举办,展馆面积达到50,000㎡,将重点展示:动力电池、储能电池、储能技术应用、电池&电芯生产加工设备、电池加工生产设备、电池PACK、新能源智慧工厂、电池材料、光储充及配套设备、充换电及配套设备等全产业链生态闭环,为全球电池、储能产业链制造商及应用端买家群搭建最佳展示、交流与贸易平台。

发布人:caoyang
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