大容量 280 Ah 及以上电池相比 50、100 Ah 产品,体积能量密度更高,PACK 端零部件使用量更少,可大幅节省成本投入。在锂矿等原材料价格波动下,成本优势明显。生产制造方面,容量增大能够有效简化后续集成、装配工艺流程,节约设备、能耗与人力。

从需求端来看,280Ah大容量电池在大型储能电站中渗透率较高,大型储能电站业主和投资者对于 280Ah大容量电池的关注度快速上升,中国能建、中国华电华能等业主在储能电池招标中明确要求电池单体容量大于等于280Ah。
供给端来看,自宁德时代 2019年推出280Ah 电芯以来,国内已有超10家储能龙头布局大容量储能电芯产品。近期,亿纬锂能、雄韬股份、蜂巢能源、远景动力、鹏辉能源、瑞浦兰钧、海辰储能、南都电源等陆续发布 280 Ah 及以上容量电池产品。

容量向上突破的同时,280Ah 及以上大容量电芯已经陆续量产交付。国轩高科 2022年年报中显示,循环寿命达万次的300Ah 储能电池已经实现量产。远景动力305 Ah 储能电芯已在过去两年里实现了规模化量产交付。2023年2月,亿纬锂能量产 LF560K 储能电池“超级工厂”于湖北荆门正式动工,产能将达60GWh。此外,LF560K 超级工厂已在云南、青海等地建设,预计 2024年Q2开启全球交付。欣旺达公司 2022年11月份在公开平台上表示目前已有量产的 280 Ah 电芯生产线。瑞浦兰钧宣布其 320 Ah 储能电芯将于 Q3 量产,蜂巢能源 325 Ah 储能电芯将在 2023 H2 交付,南都电源 305 Ah 储能电芯将在 2023 实现量产。
储能大容量电芯量产竞速外,众多厂商基于储能运用场景需求在电芯的能量密度、使用寿命、尺寸、制造工艺等方面持续拉锯,储能专用电池“呼之欲出”。亿纬锂能560Ah单只电池可储存1.792kWh 能量,循环寿命超过12000次;雄韬股份 580Ah 单颗电芯带电量为1.856kWh,循环寿命达到10000次;远景动力315Ah,实现“单颗电芯一度电”,同时循环寿命高达12000次,在尺寸不变的基础上,较上一代产品能量密度提升了 11%;海辰储能 320 Ah 体积能量密度 385 Wh/L、循环寿命 10000 次,在电芯成本,系统成本,整箱标配等多维度上探索更适配储能市场应用发展模式。鹏辉能源 320 Ah 储能电芯单体容量相较于前一代电芯产品提升 14%,循环寿命大于 8000 次,使用寿命超20年。
逐渐提升能量密度将是磷酸铁锂正极未来的发展趋势,目前通过预锂化、硅碳负极等技术改进,磷酸铁锂电池能量密度可以突破 200 Wh/kg,电池单体到系统的体积成组效率从 40%增加到 60%。国轩高科在 2021 年发布的一款采用掺硅补锂技术的磷酸铁锂电池,容量达到 210 Wh/kg。
面向快速向前的储能产业,大幅提高电池循环次数及使用寿命已成为行业重要发展方向。多家储能电池企业都在加大投入开发循环寿命更长的电芯,行业内多家公司陆续推出循环寿命10000次甚至12000次的储能电芯,此前行业内储能电芯的循环寿命一般在 6000-8000次。宁德时代、亿纬锂能、远景动力、南都电源、蜂巢能源等相继推出了12000次循环寿命的储能电池产品。随着电芯循环寿命的提升,有望显著改善储能电站度电成本(LCOS)。研究表明,电池使用寿命的增加,可以有效降低储能系统在全生命周期的度电成本。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 325 Ah 电芯、亿纬储能 560 Ah 电芯、雄韬股份 580 Ah 电芯、海辰储能 320 Ah 电芯均采用叠片工艺,海基新能源 375 Ah 储能电芯采用叠片式卷绕工艺,南都电源 305 Ah 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 0.2 s/PCS 的叠片速率,单台叠片设备产能 1.3 GWh,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 325 Ah 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 280 Ah 容量电芯。鹏辉能源发布的 320 Ah 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 280 Ah 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。