2024年我国动力电池装机量达到548GWh。在车载之外，储能成为电池行业另外的重点市场。2024年我国的已投运的新型储能累计装机量达到78.3GW，首次超过抽水蓄能，成为储能装机规模第一。并且未来新型储能累计装机规模还将进一步快速增长，根据国际能源署世界能源特别报告预测，在2030年，我国新型储能市场累计装机量将达到220-310GW。全球装机量将增长6倍，其中90%的增量将由电化学储能贡献。
虽然储能整体市场预期较高，但由于储能市场需求相对分散，技术准入门槛相对较低，并且价格更加敏感，对于电池企业而言，竞争更加激烈。
因此对于电池企业而言，与其等待业主进行电池选型，不如率先“定义”电池标准，获得产业先机。
而谈到标准，就离不开20尺集装箱。虽然现在有不同的路线发布，但凭借易运输、模块化的优势，20尺集装箱依然是如今储能行业的标准容器。因此，如何在该标准下配套最佳的电芯方案便成为电池企业新一代的技术方向。
关键的目标之一便是在20尺标准集装箱中放入更多的电量。而提升电量的关键技术便是提升单体电芯的容量。如今，随着电芯单体容量的提升，20尺集装箱的电量也正式进入6MWh+的时代。而对于这个电量的实现，各家企业都给出了不同规格的单体电芯产品，涵盖300Ah到1000+Ah。作为全球头部电池企业，宁德时代在6月10日正式宣布量产交付下一代储能专用电芯产品，其单体容量为587Ah。
01.
为什么是587Ah
对此，宁德时代国内储能解决方案CTO林久标表示，“单体电芯容量并不是越大越好，刚刚好才是最好”。何谓刚刚好，林久标认为大电芯的发展必须回归平衡之道，即综合考虑整站完美匹配、电化学本质特性深度优化、系统集成的高效率情况下，找到最优解。而587Ah单体电芯就是林久标口中的最优解。
在整站匹配方面，当前电站的容量均为200MWh、400MWh等整数单位。按照最新的电站设计标准，每个电站分区最多不能大于50MWh。而由宁德时代587Ah单体电芯组成20尺集装箱，单个集装箱电量为6.25MWh，8个集装箱正好可以组成一个分区。此外，电池运输属于危险品运输，许可证受到严格限制。宁德时代单个20尺集装箱的重量也正好为45吨，也是国内合规运输的最大重量，满足易运输的特点。
在系统集成方面，宁德时代587Ah电芯单体能量密度提升了10%，系统能量密度提升25%。在标准20尺集装箱，1500V电压平台上，宁德时代采取了4列的架构设计。相比于此前6列的架构设计，电池模块从原来的48个减少到32个，减少33%。系统零部件总数从3万个减至1.8万个，降幅高达40%。关键的系统集成成本方面，也下降了15%。
最后便是对电化学本质特性的考虑。对于大电芯产品而言，存在浸润不均匀、内部温差大、排气路径长、内阻增加/电流密度不均匀等方面的挑战。这些电芯层级的挑战会加大对大电芯产品寿命、安全的影响。因此，电芯容量并不是越大越好。
02.
如何做好587Ah电芯
宁德时代储能电芯研发总工程师李星表示，大电芯设计的挑战在于“既要、又要、还要”，即既要满足能量密度，又要满足寿命要求，同时又需要满足高可靠和高安全。这就需要从电化学和工程化的角度打造一款没有短板的电芯产品，而不是单纯的把电芯容量做大。
为此，宁德时代在多个方面均进行优化。
在高能量密度方面，宁德时代较上一代产品提升10%，达到434Wh/L。为了实现这个目标，在正极材料技术方面，采用了最优堆积密度设计、高石墨化碳包覆层和快离子高速通道构建技术来达到高高能量密度目标。
此外，对于大电芯而言，另外一个与容量冲突的指标是RTE（Round-trip Efficiency，循环效率或往返效率）。为此，宁德时代采用了包括无损直连结构、离子瞬移无阻界面、近零极化相变主材、扩散自适应负极提升初始RTE数值，使其达到96.5%。除初始RTE之外，宁德时代还关注RTE的增长。宁德时代创新的开发了阻抗增长抑制技术。通过对全生命周期SEI的调控，延缓了SEI的增厚，抑制了高阻抗产物的生成，从而实现全生命周期内RTE的缓衰减。
在长寿命方面，经过研究，宁德时代发现出现电芯寿命的分布存在一个“扫把星分布”。提升寿命的关键就是将“扫把”做的尽量的小。大电芯的挑战在于其尺寸更大之后容易出现应力集中、产气、分布不均匀等问题，耦合时间之后，对寿命影响更大。为此，宁德时代从确信可靠性工程和电化学理论基础来实现大电芯的长寿命目标。首先，借助电化学理论基础研究确定最优的尺寸范围，宁德时代发现200-300mm是电芯宽度的“黄金”区间。选定电芯尺寸后，接下来便是通过电解液和负极两个方面进一步提升电池寿命。李星介绍，宁德时代电解液技术采用的是自修复阴离子反应机制电解液技术，负极则采用低锂耗能石墨技术。
在可靠性方面，宁德时代发现占比70%的原因是电池自放电，而引起电池自放电的原因主要是切断位毛刺导致的物理短路不良。为此，宁德时代采用了最新的卷绕技术来克服，使自放电故障率降低一个数量级。
最后是安全的保障。大电芯在安全方面的挑战主要是热累积和气体累积。为此，宁德时代采用了低释热复合正极、深共晶耐温电解液和高温抗收缩隔离膜来提升大电芯安全性。做到包括在针刺情况下，不起火不爆炸。
目前，宁德时代587Ah储能专用电芯已经在济宁超级工厂实现正式投产。
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