大容量储能锂电池的产业化发展！
（一）全球储能市场处于增长阶段，电化学储能占比逐年上升2022年全球储能累计装机规模为237.2GW，其中电化学储能累计装机规模34.6GW，占比约为14.58%，中国电化学储能累计装机规模达到11GW。电化学储能技术在海内外都获得了快速发展，全球和中国的电化学储能累计装机规模在 2017-2022年期间持续增长，并有进一步扩大的趋势，抽水蓄能仍为主流，但电化学储能占比逐年上升，未来几年将贡献全球储能主要增量。
国家能源局发布的《新型电力系统发展蓝皮书（征求意见稿）》中，在规模化、高安全性新型储能技术装备领域方面提出重点开展长寿命、低成本及高安全的电化学储能关键核心技术、装备集成优化研究，提升锂电池安全性、降低成本，发展钠离子电池、液流电池等多元化技术路线。锂离子电池综合性能优越，具有储能密度高、充放电效率高、响应速度快等优点，是目前发展最快的新型储能技术，也是电化学储能主流路线。其中磷酸铁锂电池的安全性、循环寿命、成本等各方面性能与储能需求适配度高，已成为主要路线。
储能电池的核心需求在于安全性高、成本低和使用（循环）寿命长，其次才是能量密度，因此磷酸铁锂路线相较其他锂电池路线更具优势，内驱外需推动下，储能产业的快速发展也拉动磷酸铁锂电池正极材料需求。据中国汽车动力电池产业创新联盟统计数据，2023年1-7月，我国储能电池累计销量达35.5GWh。其中磷酸铁锂电池累计销量35.2GWh，我国储能电池累计出口达7.3GWh，其中磷酸铁锂电池累计出口7.3GWh。与三元路线相比，磷酸铁锂在使用寿命、安全性、响应速度、成本等方面具备明显优势，更适用于储能市场，磷酸铁锂电池已广泛运用到大型储能电站、通信基站、离网电站、微电网、轨道交通、UPS 以及户用储能等多个场景。
（二）大型储能电站以方形电池为主，电芯容量正向 280 Ah 及以上快速迭代
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。
2021年来全球户用储能规模增速明显，海外方面，欧美能源成本和电价持续攀升，叠加俄乌战争和海外大型停电事件，尤其是近年来极端天气频发，使得能源供给难度增加，居民用电需求和用电成本大增，户用储能市场超预期爆发。国内方面，随着峰谷电价差扩大及户用分布式光伏装机进程，户用储能有望迎来爆发。预计未来几年全球将迎来户用储能爆发新阶段。另一方面，户用储能系统容量从 3-5 kWh 向 5-20 kWh 迭代，对户用储能电池的容量、功率、成本和寿命也提出了新要求。
当前市场应用户用储能电芯主要包括方形、软包及圆柱。电芯单体容量层面，方形容量范围为 50-100 Ah，软包为 30-80 Ah，圆柱为 10-50 Ah。由于户储应用场景对于容量和便携性需求多样，因此对于储能电池灵活串并联的要求较高，以磷酸铁锂材料为主的大圆柱电池凭借其灵活成组优势性能凸显。目前，大圆柱电池在储能领域的规模应用进度明显优先于动力板块，尤其在户储市场渗透率突出，多家电池企业已经或计划推出大圆柱户用储能专用电池。海辰储能发布的大圆柱电池产品规格覆盖 4680-46300，单体容量则涵盖 10-50 Ah，灵活适配性更强，满足户用储能应用场景定制化需求。鹏辉能源针对户用储能市场同样推出40135系列大圆柱电池，目前已经量产并已经收到客户订单，40135 大圆柱电池采用全极耳结构、磷酸铁锂低温超导和全周期动态均衡技术，具备超强动力、超长续航、宽温程使用等优异性能，主要应用在户用储能、便携式储能领域，目前正在开发 46 系大圆柱电池，未来可应用在户储领域。
大圆柱电池规格较多，尚未形成主导标准，布局企业从 0 到 1 机遇。区别于三元大圆柱电池尺寸多为 46 系列，户用储能市场目前多家企业产品的型号和规格略有不同。如鹏辉能源、亿纬锂能生产的大圆柱电池主要为 40135 型号(直径 40 mm，高度 135 mm)，而海辰储能大圆柱电池 4680-46300 则是基于 46 mm 直径，高度则覆盖 80-300 mm。其余厂家大圆柱电池产品直径从 26-60 mm 不等都有布局。目前户用电池正处于发展初期，户储产品应用场景丰富，需要适配不同场景产品需求，因此尚未形成统一标准。户用电池尚处发展初期，各公司处于探索阶段，未来新进企业可以通过融资、产品差异化开发、销售渠道拓宽等方式实现弯道超车，关注户用电池企业从 0 到 1 机遇。结合市场需求和技术迭代来看，大圆柱正成趋势。相较于传统小圆柱电池，大圆柱电池尺寸增加，单体电池的容量更高，后续 PACK 组成串并联和结构件减少，有利于降低成本。大圆柱磷酸铁锂电池受到户储市场的青睐，一方面是得益于制造工艺和材料体系优化使得大圆柱电池在成本、容量、性能、循环和安全方面优势凸显，另一方面结构上创新使用全极耳技术，大幅提升了电池充电、放电的倍率性能。全极耳技术赋能磷酸铁锂大圆柱电池，充放电性能及安全性显著提升。“全极耳”技术是实现高功率密度的重要路径，传统的圆柱体电池极耳为铜箔和铝箔两端焊接的导引线，而全极耳是把整个正负极集流体全部作为极耳，通过集流体与电池壳体或电池盖板进行全面积连接，可大幅降低电池内阻和发热量，从而解决高能量密度电芯的发热问题，并提高充放电峰值功率。乘用车用大圆柱电池普遍采用了多极耳或者全极耳方式，以特斯拉 4680 电池为例，相较于此前 2170 电池，电池电芯容量是 2170 的 5 倍，充电功率提高 6 倍。目前具备该技术的企业也把技术移植到户用储能的大圆柱磷酸铁锂电池上，如亿纬锂能和鹏辉能源的 40135 大圆柱磷酸铁锂电池均采用了全极耳。全极耳电池极耳接触面积变大，焊接区域由线变为面，焊接量增多的同时对一致性要求也更高，焊接难度增大。全极耳焊接点位增加，焊接难度变大叠加电池的需求量增大，预计大圆柱电池的规模化应用将会催生焊接需求增长，建议关注国内焊接设备龙头，如激光焊接、超声波滚焊等设备厂商龙头。
大圆柱电池循环寿命瞄准 5000 次门槛，向更高目标突破。传统圆柱电池的循环寿命在 2000 次左右，使用寿命短成本高。使用寿命作为储能电池的关键指标，大圆柱电池较传统圆柱电池大幅提升，部分企业已经将循环寿命瞄准 5000 次甚至更高次数，以实现户储产品可满足 10 年甚至更久的使用需求。亿纬锂能 40135 圆柱电池循环次数 4000 次。海辰储能大圆柱电池 4680-46300，采用 GI 系统设计、曲率张力耦合设计、3D1nfil 边界设计等，提升大圆柱电池电化学反应环境，循环次数超 5000 次。
大圆柱电池在成本、寿命、安全和后续配组等方面的优势不言而喻。目前，多家电池企业针对户用储能、便携式储能应用场景需求，开始重点布局大圆柱磷酸铁锂电池。未来，随着产品在性价比、安全性和便携性方面逐步被验证，预计会有更多企业参与，大圆柱磷酸铁锂电池放量有望带动户用电池供给端“变革”。（四）钠离子电池在逐步发展
钠离子电池与锂电池各有优势，有望在储能等领域对锂电池形成补充。钠离子电池由于其资源丰富、低温性能好、充放电速度快等优点，得到了储能领域的高度关注。从性能来看，钠离子电池能量密度、循环寿命低于锂电池，但其在低温性能、快充方面更优；从成本和资源可获得性来看，钠元素储量丰富，钠离子电池材料成本低于锂电池。
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