电池技术：新型储能电池–电芯技术路线

动力电池BMS 2024-04-18

储能电池的电芯技术是指储能电池中用于存储和释放电能的单元技术，主要包括电池的材料、结构、形状和尺寸等。电芯技术是储能电池性能的关键，直接决定了电池的能量密度、功率密度、循环寿命、安全性和成本等。

前言

一、大容量电芯技术

随着可再生能源渗透率的不断提升，为了保证新型电力系统的的长期稳定性，所需配置储能的时长将越来越长，长时储能的需求将在未来的电力系统中不断催生。伴随储能系统时长走向4小时、8小时，单体储能电站的电量也将从百MWh迈向GWh时代。

以1GWh的储能电站为例，使用24年新进入市场的314Ah电芯，整个电站需要监控和管理的电芯数量达到100万颗。巨量的电芯，从电芯的监控管理，到单个储能产品的监控管理，再到整个电站的监控管理，都带来极大挑战。集成度更高、一致性更好的电芯是解决路径之一，提升电芯Ah数成为行业发展共识。

目前，大容量电芯技术正在快速发展，并且已经取得了一些重要的突破。大部分电池制造商已经开始生产300Ah以上的大容量电芯。比如，瑞浦兰钧的问顶系列320Ah、345Ah，海辰储能、鹏辉能源、楚能新能源的320Ah，部分厂家还在开发350Ah电芯。

得益于能量密度的提升，大电芯在电芯、系统集成、产线投资方面都大幅降低投资成本。此外，大电芯带来的储能系统产品，能量密度得到提升，大幅降低项目占地面积。使用大电芯可以将20尺储能标准柜的电量提升到6MWh。相比使用280Ah电芯的20尺单箱3.44MWh储能系统，能量密度、单位面积电量提升了45%。

二、电芯结构宽薄化技术

电芯宽薄化技术的原理是通过调整电芯的几何尺寸，公众号动力电池BMS,特别是厚度和宽度，来优化电池内部的电极材料分布和离子传输通道。具体来说，减小电芯的厚度可以缩短离子在电极之间的迁移距离，从而提高电池的充放电速率。同时，增大电芯的宽度可以在不增加体积的情况下增加电极材料的面积，从而提高电池的总能量密度。

目前，叠片工艺是大电芯宽薄化的必选制造工艺。280Ah电芯使用卷绕工艺，使用2个卷芯在71173平台下实现280Ah。继续增加体积提升电芯单体电量，卷绕工艺的弱点将被放大，例如极耳变形、圆弧角处应力集中、膨胀力、电解液浸润、电流密度均匀性等。Z字折叠的叠片工艺，由于无圆弧设计，解决了极耳变形、圆弧角应力集中，以及由此引出的更大膨胀力问题。因此，叠片工艺赋能大电芯降低故障率。

使用叠片工艺能为电芯隔膜提供4个方向的浸润，缩短注入电解液后的静置时间，

提高电芯生产效率。叠片工艺下还可使用全极耳设计，带来更高的电流密度均匀性，从而提升大电芯的电流承载能力。因此，叠片是现阶段匹配大电芯的最优选择之一。进一步提升叠片生产节拍、增大叠片尺寸、提升制造良率是充分兑现大电芯成本、性能优势，提高产业高质量发展的方向。

三、大电芯安全技术

安全是电化学储能产业健康、高质量发展的基石。温度是电芯安全运行的首要参数。为了攻克大电芯的高产热所带来的安全挑战，采用低粘高导电解液，降低液相阻抗；多元掺杂磷酸铁锂正极和低表面缺陷石墨负极，减少热效应、提升热稳定性和结构稳定性；低直流内阻（DCR）；更新的电芯结构，提升电芯隔膜与电芯壳体之间的散热通道特性；都是各个电芯厂家提高大电芯自身安全性的技术手段。

EIS电化学阻抗谱和高精度状态观测是BMS的重要发展方向。单电芯内置先进BMS的方案，只有通过超大电芯才能在空间、性能和成本之间求得最优解。集成在电芯内部的BMS方案不仅能提升BMS的检测精度、还增加了BMS的检测维度。基于状态观测模型的数字孪生技术，将大幅提升从电芯到系统的预测性维护准确度。

四、钠离子电池技术

钠离子电池作为一种新兴的储能技术，因其丰富的钠资源、较低的成本和良好的循环性能而受到关注。虽然目前钠离子电池的市场份额较小，但随着技术的成熟和规模的扩大，预计其在储能领域的应用潜力巨大。

钠离子电池在基站电池方面的应用也比较合适，比如在西北、东北等地区，基站会有小房间，能解决充电的问题。此外，随着换电厂家，两/三轮车厂家对钠电的关注逐渐增加，钠离子电池在两轮车、三轮车、换电、共享电单车等领域也有望率先突破应用，其中，钠电在共享电单车的需求量甚至会比换电还要大。

国内钠离子电池尚处于初期发展阶段，成本问题依然是最制约钠电产业化发展的因素之一。尽管其预期成本优势明显，但由于产业化程度不高，需要产业链完善后方可发挥其优势。同时，在新能源汽车电池需求不断增长和储能领域需求提升的情况下，钠离子电池仍受能量密度限制，应用场景仍较为受限，需要更多的政策和产业支持。

本文内容来源于：动力电池BMS，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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