摘要

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

鋰電儲(chǔ)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(lái)愈多業(yè)界人士認(rèn)識(shí)到，儲(chǔ)能市場(chǎng)空間巨大。當(dāng)前技術(shù)路線以抽蓄和新型儲(chǔ)能為主，鋰電儲(chǔ)能占新型儲(chǔ)能的94%以上，且占比呈上升趨勢(shì)，潛力最大。

不過，2023年以來(lái)各行各業(yè)加速跨界涌入賽道，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，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(chǔ)能企業(yè)數(shù)量劇增，由此引發(fā)儲(chǔ)能產(chǎn)品參差不齊，影響行業(yè)健康發(fā)展。

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

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

如何實(shí)現(xiàn)安全可靠/循環(huán)壽命/經(jīng)濟(jì)性平衡

如何實(shí)現(xiàn)鋰電儲(chǔ)能高質(zhì)量發(fā)展是行業(yè)急需解決的難題之一。對(duì)此，吳凱提出， “鋰電儲(chǔ)能循環(huán)壽命、安全可靠、經(jīng)濟(jì)性需要做好兼顧平衡?！?/p>

安全可靠方面，儲(chǔ)能電池應(yīng)實(shí)現(xiàn)全生命周期的安全性檢測(cè)、預(yù)警和防護(hù)。

循環(huán)壽命方面，儲(chǔ)能電池應(yīng)開展25年以上的循環(huán)壽命及健康狀態(tài)快速監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)。

經(jīng)濟(jì)性方面，深入挖掘鋰電儲(chǔ)能的價(jià)值，創(chuàng)新商業(yè)模式，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

而如何實(shí)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(jià)格戰(zhàn)的大背景下，要實(shí)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(shè)計(jì)，并在制造開發(fā)過程當(dāng)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(chǔ)能電芯研發(fā)“四大關(guān)鍵技術(shù) ”

鋰電儲(chǔ)能在經(jīng)濟(jì)成本和安全可靠之間平衡難度正在逐漸增大，面對(duì)儲(chǔ)能電池大容量、長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能的發(fā)展態(tài)勢(shì)，串并聯(lián)電池?cái)?shù)量逐漸增多，儲(chǔ)能電池的安全問題面臨著更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

吳凱認(rèn)為， 要解決這個(gè)問題，關(guān)鍵還要靠技術(shù)創(chuàng)新。針對(duì)于此，寧德時(shí)代在儲(chǔ)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(lái)發(fā)生事故給整個(gè)行業(yè)和社會(huì)帶來(lái)危害，寧德時(shí)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(shí)代參照了核電站的安全理念，在材料選擇、開發(fā)設(shè)計(jì)、極限制造、實(shí)證測(cè)試方面構(gòu)建了多級(jí)安全體系。吳凱博士呼吁，核電級(jí)鋰電儲(chǔ)能安全體系亟待建立。

第二，壽命。電池的循環(huán)壽命對(duì)儲(chǔ)能電站這個(gè)體系來(lái)說(shuō)，對(duì)于節(jié)約投資設(shè)備、提高系統(tǒng)能效非常重大，儲(chǔ)能設(shè)備有20年甚至更久的壽命，“十四五”的能源規(guī)劃材料當(dāng)中要求儲(chǔ)能電池25年以上的循環(huán)壽命和健康的狀態(tài)，

吳凱認(rèn)為，建立快速監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)體系，可保障儲(chǔ)能電池能夠安全、穩(wěn)定、高質(zhì)量地運(yùn)行。

寧德時(shí)代對(duì)應(yīng)開發(fā)了自修復(fù)電解液、低鋰耗陽(yáng)極，大大減緩了電池消耗，提升了電池壽命。

第三，耐高溫。因?yàn)閮?chǔ)能電池長(zhǎng)時(shí)間曝露在高溫的環(huán)境下會(huì)加速電池的老化和容量設(shè)計(jì)，嚴(yán)重影響了安全的問題。

因此儲(chǔ)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(guó)家還提出要25年。

“要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命，耐高溫非常重要?！睂幍聲r(shí)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(chǔ)能系統(tǒng)高溫環(huán)境的自適應(yīng)。而很重要的一點(diǎn)則在于，不需要任何冷卻，成本上節(jié)約不少。

事實(shí)上，在儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)，冷卻系統(tǒng)不但耗費(fèi)成本，而且常常出現(xiàn)故障。行業(yè)一直面臨一個(gè)重要難題：能不能把儲(chǔ)能系統(tǒng)冷卻部分去掉？即無(wú)輔助電源的儲(chǔ)能系統(tǒng)。吳凱強(qiáng)調(diào)，去掉冷卻系統(tǒng)，這是一個(gè)很有價(jià)值的發(fā)展方向。

第四，高集成。儲(chǔ)能系統(tǒng)的負(fù)荷率很高，需要考慮能量管理、電源管理、運(yùn)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(bǔ)，裝配更簡(jiǎn)化。

在高集成方面，寧德時(shí)代新研發(fā)出來(lái)的系統(tǒng)，對(duì)比上一代產(chǎn)品，實(shí)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(shí)現(xiàn)3-5年免增補(bǔ)，系統(tǒng)能量與PCS功率完美適配，能夠有效降低初始投資。

儲(chǔ)能電芯制造“六大基準(zhǔn)點(diǎn)”

技術(shù)決定了性能理論的天花板，制造決定了實(shí)際應(yīng)用的上限。

制造對(duì)于儲(chǔ)能電池而言非常重要，寧德時(shí)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(shí)代儲(chǔ)能電池的制造有六點(diǎn)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(duì)來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)能是比較標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，盡管對(duì)比動(dòng)力電池少了柔性等要求，但上述六個(gè)方面按照單個(gè)要求來(lái)說(shuō)比動(dòng)力電池要求更高一點(diǎn)，因?yàn)閮?chǔ)能電芯并聯(lián)數(shù)量多、電量大，對(duì)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(shí)解決以上六個(gè)問題，非常之困難?！?strong>吳凱強(qiáng)調(diào)，這六個(gè)方面不是解決好某一個(gè)方面就行，一定是六個(gè)方面同時(shí)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(fèi)類電池的制造工藝的設(shè)備都無(wú)法滿足鋰電池大規(guī)模高一致性的制造要求，為此，寧德時(shí)代先后研究了勻漿系統(tǒng)、激光焊接設(shè)備等系列鋰電池高端制造裝備，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化替代；也研制出寬幅涂布裝備和高速卷繞裝備，設(shè)計(jì)開發(fā)了極耳成型連續(xù)輥焊裝備，既做到國(guó)際領(lǐng)先，又填補(bǔ)了國(guó)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(kù)，寧德時(shí)代設(shè)置了6800個(gè)質(zhì)量控制點(diǎn)和300+CCD檢測(cè)。在此過程中，寧德時(shí)代發(fā)明了CCD檢測(cè)，構(gòu)建了全球最豐富的鋰電池的缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)，將AI圖像和缺陷檢測(cè)引入到鋰電池的行業(yè)，通過了不斷的學(xué)習(xí)、優(yōu)化的算法，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

吳凱強(qiáng)調(diào)，儲(chǔ)能系統(tǒng)鋰電池和動(dòng)力電池包，在電芯數(shù)量和重量并不一致。但動(dòng)力電池包里大約100-200顆電芯，每一顆電芯需經(jīng)過不斷驗(yàn)證、檢測(cè)，才能達(dá)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(cè)是必要而必須的。

據(jù)此，寧德時(shí)代創(chuàng)造了全流程的智能測(cè)控系統(tǒng)，以仿真可視化的巡檢代替人工巡檢，超過6800個(gè)質(zhì)量檢測(cè)點(diǎn)、4萬(wàn)多張圖像檢測(cè)系統(tǒng)，全面監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)時(shí)捕捉產(chǎn)品狀態(tài)。

在此基礎(chǔ)上，寧德時(shí)代還運(yùn)用AI圖像算法對(duì)產(chǎn)品外觀和形態(tài)的高精缺陷進(jìn)行觀察，提前預(yù)防，并且對(duì)工序優(yōu)化，平均超過1萬(wàn)項(xiàng)的檢測(cè)，最大程度地避免了產(chǎn)品缺陷。

憑借裝備健康管理與預(yù)測(cè)性維護(hù)，寧德時(shí)代可根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)合理安排，使產(chǎn)線能夠達(dá)到近乎0的停機(jī)時(shí)間，最大高效地保證生產(chǎn)。一方面，智能檢測(cè)可以大幅度降低人的工作量；另一方面，也可以幫助運(yùn)維人員快速掌握系統(tǒng)。

“人工智能的運(yùn)作，幫助儲(chǔ)能電池制造進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展的階段?！迸c此同時(shí)，在面對(duì)儲(chǔ)能內(nèi)卷的行業(yè)背景下，吳凱博士認(rèn)為，構(gòu)建可信、可持續(xù)的新型儲(chǔ)能，是儲(chǔ)能行業(yè)應(yīng)該要提交的“答卷”。

審核編輯：劉清