當前,儲能行業(yè)洗牌跡象日益明顯。上一代電芯的性能、成本瀕臨極限,下一代“大容量”趨勢下、研發(fā)制造將受瓶頸制約,企業(yè)彎道超車機會悄悄來臨。
儲能向“大”而生 刀片橫向切入市場
在全球新能源浪潮之下,儲能裝機量和技術都在邁入新平臺,儲能企業(yè)也就此邁入技術、研發(fā)實力全面比拼新階段。
隨著眾多采用5MWh儲能系統(tǒng)的項目成功投運,儲能行業(yè)已經(jīng)步入了300+Ah電芯后時代。為了進一步降低成本,電芯市場的競爭愈加激烈,多家企業(yè)推出了500+Ah以上、甚至700+Ah的儲能大電芯。
在儲能電芯向“大”而生的道路上,電池安全風險正在提高。也許,這也正是電池領域全面洗牌的起點。
以當前儲能電池標準化產(chǎn)品來說,同樣的尺寸下,314Ah的溫度比280Ah電芯溫升更加明顯,這意味著電芯熱失控的風險加大。而在目前的生產(chǎn)技術下,大容量必然意味著尺寸也做越大,那么電芯中心點的溫度將會更高、熱管理更難以控制。
“儲能未來最需要的,是更安全的、性能更高的電芯,未來市場空間更大的電芯。”其中更高的性能,就是需要符合當前高能量密度、長壽命等需求,蜂巢能源楊紅新表示。
為了滿足行業(yè)降本,蜂巢能源也在探索如何在20尺集裝箱儲能系統(tǒng)實現(xiàn)更高能量密度。為此,在2021年進入儲能市場之時,蜂巢能源就選擇了500mm長度、215mm高的最佳尺寸,定向開發(fā)了刀片形狀儲能專用電芯,開辟了非標電池產(chǎn)品路線。
采用這種短刀電池所打造的儲能系統(tǒng),不僅可以省去Pack結構零部件、降低用料成本,也推動了整體項目占地面積和初始投資成本的下降。
而短刀電池不僅是外觀的改變,其制造工藝也需要隨之發(fā)生變革。為此,蜂巢能源以其獨創(chuàng)的熱復合飛疊技術,找到了儲能電芯的發(fā)展方向。
從需求端定義儲能方向
“儲能大電芯的未來,一定是疊片技術;而疊片的未來,一定是熱復合飛疊技術。”
作為一款非標產(chǎn)品,若要真正實現(xiàn)量產(chǎn)應用,往往付出的要比常規(guī)標準產(chǎn)品更多。而蜂巢能源蜂巢能源全球首創(chuàng)的的第三代疊片機——熱復合飛疊技術,使得大容量的長刀儲能電池得以量產(chǎn),并已經(jīng)成功推動儲能電芯研發(fā)到了第三代。
在蜂巢能源的儲能電池專屬產(chǎn)線——四川成都基地,成功孵化除了蜂巢能源三代儲能產(chǎn)品:首代325Ah電芯,當前正在量產(chǎn)交付的350Ah,以及下一代770Ah大電芯。
蜂巢能源楊紅新指出,客戶端對儲能電池的需求無非三點,第一是成本;第二是安全;第三是性能。而蜂巢的儲能電芯也是從滿足這三個方向定向開發(fā)。
首先,同樣是300+Ah儲能大電芯,蜂巢能源目前已量產(chǎn)的350Ah儲能電芯,可以令20尺儲能系統(tǒng)箱單箱容量高達6.9MWh,比現(xiàn)在市面廣泛應用的5MWh儲能系統(tǒng)成本降低5%,占地面積可以降低28%,為業(yè)主帶來一次性投資成本和全生命周期成本的降低,因而也贏得海內外客戶的訂單。目前除了上海某大數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成功落地應用外,歐洲亞洲多個海外國家都在積極洽談中,尤其是以充分市場化競爭著稱的海外儲能市場,他們對蜂巢能源的認可,也印證了短刀儲能電池的先進性。
其次,儲能安全更是業(yè)內電芯最底層需求。這也正是蜂巢能源短刀電池優(yōu)勢所在。據(jù)了解,目前方形電池生產(chǎn)仍以卷繞為主,而卷繞式生產(chǎn)出來的電池邊角可能發(fā)生褶皺,這些褶皺在反復充放電后會帶來析鋰、局部高溫等現(xiàn)象,繼而加大熱失控風險。而蜂巢所采用的疊片技術生產(chǎn)短刀電池擁有更好的散熱和應力釋放效果,因此具有更好的安全性。
再次,若要打開市場量產(chǎn)應用機會,產(chǎn)品性能一定要過硬。儲能收益要隨著儲能調用率的提升而增長,若沒有良好的響應速度、沒有更好的循環(huán)使用壽命,或者全生命周期的吞吐電量轉換效率低,那么儲能的收益將大打折扣。
只有這種短刀的形式,才可以實現(xiàn)系統(tǒng)端上下雙層液冷設計,對比傳統(tǒng)的71173方形尺寸溫度降低8度,溫控效果優(yōu)異。如此全生命周期的吞吐電量、循環(huán)壽命可提升10%。而一旦電芯發(fā)生單體熱失控,水冷系統(tǒng)可以快速打開至最大容量,快速把溫度帶走,避免發(fā)生熱擴散影響其他電芯,把熱失控的危險控制在一顆電芯內。
蜂巢能源楊紅新認為,只要儲能未來是向大而生的,蜂巢能源目前已研發(fā)出最新款770Ah超大容量儲能電芯,預計將在明年二季度末左右在成都基地量產(chǎn)。而這一電芯的厚度是350Ah電芯的兩倍,若要實現(xiàn)高效高質量的生產(chǎn),那么最高效率最安全的可能就一定是熱復合疊片技術。
制造端定義儲能智能制造 熱復合飛疊或成主流
“開發(fā)出領先的產(chǎn)品只是第一步,成功的把產(chǎn)品制造出來才是更重要的。”楊紅新表示。
在短刀電池研發(fā)之初,業(yè)內并沒有飛疊技術經(jīng)驗可以借鑒,彼時蜂巢能源的刀片電池面臨著制造效率、制造成本一系列的挑戰(zhàn)。
如今大容量、大尺寸的儲能電芯趨勢下,在蜂巢能源看來,傳統(tǒng)的卷繞是不可取的。它在電芯溫度控制面臨困境、給電芯本體帶來安全隱患。而且隨著尺寸變大,即使是飛疊技術,很多生產(chǎn)設備臺面無法匹配,也會被生產(chǎn)效率困住產(chǎn)能。
而為了滿足350Ah儲能電芯的特殊使用環(huán)境,蜂巢能源自主開發(fā)了一系列設備,并搭配AI人工智能檢測技術,推動了熱復合疊片技術走向成熟,將產(chǎn)線自動化率提升到95%以上。
據(jù)了解,此前的Z字飛疊技術可能需要3到4臺設備才能夠完成生產(chǎn),而蜂巢能源以“四合一”的高度集成,將幾臺設備功能整合到一臺設備中,正極、負極和隔膜一次性完全切片堆疊,顯著提高了疊片效率和產(chǎn)品質量,也降低了檢測等設備配置成本。
電芯的直焊制造工藝業(yè)省掉了很多的連接片、結構更加簡單制造業(yè)更加容易,每片飛疊速度在0.2到0.25秒左右。而且熱復合疊片機采用單方向輸送,其速度和張力更加穩(wěn)定,應力釋放效果更好,隔膜平整度更高,也意味著電芯內部更穩(wěn)定、可靠性也得到提升。
熱復合疊片5分鐘左右熱壓后,通過熱切給隔膜熱封邊、無需側邊貼膠,令隔膜有更好的表面平整度、更好的粘接性能、更好的可靠性,也進一步降低了產(chǎn)品的制造成本。
此外,為了保障儲能產(chǎn)品將來的高可靠性長壽命,蜂巢能源通過在產(chǎn)線配置832臺CCD攝像機和Hi-pot在線檢測裝置,搭配先進的應用AI算法的視覺檢測技術,以超過1200個質量控制點,可以定位對其精度和糾偏精度可分別控制在±0.3㎜、±0.2㎜以內,實時監(jiān)測識別和剔除不良品,解決電芯隔膜褶皺、對齊度不良等制造痛點,實現(xiàn)了生產(chǎn)過程100%缺陷不良檢測。
目前在成都基地,蜂巢能源共有四條產(chǎn)線,而每條產(chǎn)線240個工人在兩班倒模式下,可實現(xiàn)每個工人每年生產(chǎn)1.6萬顆電芯的能力。對比業(yè)內的一線儲能產(chǎn)線。
綜合硬件和軟件的全面自研能力,蜂巢能源推動了這種熱復合飛疊技術的大規(guī)模導入,提升了儲能電芯的生產(chǎn)效率,也構筑了蜂巢能源儲能電芯在安全、性能等方面的競爭力。
目前,儲能產(chǎn)業(yè)化轉型期已經(jīng)來臨,很多企業(yè)其實又重新站在了新的起跑線。結合產(chǎn)品研發(fā)和設備自研技術,蜂巢能源也許有機會憑借其全球化市場布局,在儲能發(fā)展新階段打開新格局。
原標題:蜂巢能源全球首創(chuàng)熱復合飛疊技術,實現(xiàn)儲能短刀電芯高效高質量生產(chǎn)