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锂离子电池的发展情况以及哪些因素会影响其安全性和可靠性
来源: | 作者:pmod14b78 | 发布时间: 10天前 | 14 次浏览 | 分享到:
中国对锂离子电池的生产能力正在迅速提高,但在规模扩张之下,必须保证其安全和质量的重要性。

中国对锂离子电池的生产能力正在迅速提高,但在规模扩张之下,必须保证其安全和质量的重要性,尤其在多起电池起火事件发生、韩国市场陷入停滞后。清洁能源协会(CEA)发布了2019年BESS供应商市场情报计划报告,该报告涵盖了40家供应商,旨在帮助买家了解供应商领域。下面将告诉各位哪些因素会对锂离子的安全性和可靠性产生影响。

韩国电池装置发生的一系列火灾已引起全球储能领域投资者的担忧,并推动了该行业重新关注安全和质量。

2010年以来,锂电池的价格已经下跌了约85%。根据CEA的分析,到2030年,全球对锂离子电池的年需求量预计将超过2000 GWh。虽然大部分需求预计将用于电动汽车,但其中5%-10%将用于固定电池储能系统(BESS)。尽管在更高水平的可再生能源渗透中,将引入其他更适合长期使用和低成本的储能技术,但就目前而言,锂离子似乎是领先的技术,因为它被电动汽车行业采用带来了大规模的好处,可以实现低成本和标准化。

与此同时,人们重新关注质量和安全,不再依赖资产负债表支持的担保,也不再依赖极少数供应商。从上游的工厂电池质量控制,一直到系统设计和防火等更全面的尽职调查,正在成为电池企业和监管机构的原则问题。

锂离子电化学有许多变体(LMO、LTO、LCO、NCA、NCM和LFP),但目前只有镍钴锰(NCM)、镍钴铝(NCA,仅松下和特斯拉使用)和磷酸铁锂(LFP)实现了大规模的储能系统。

电池的类型与区域有一定程度的关系。对于韩国供应商来说,镍钴锰(NCM)是BESS的主要选择,到2019年底,镍钴锰的年生产能力预计为54 GWh。在北美,特斯拉的Gigafactory 1拥有年产松下NCA 21700圆柱形电池34 GWh的能力,生产出的电池主要用于特斯拉的电动汽车产品。

中国供应商对镍钴锰(NCM)和磷酸铁锂电池(LFP)都有很强的制造能力,甚至包括包括一些镍钴铝(NCA),且生产线可以相对容易地在化学试剂之间切换。LFP的化学特性决定了它的安全性,减少了热失控的风险。然而,由于能量密度是扩大电动汽车应用的最重要的因素,所以中国已经出现了向能量密度更高的镍钴锰(NCM)电池的转变。即便如此,出于安全因素的限定,在某些交通领域,LFP电池是强制安装的。

目前,LFP仍然是中国BESS供应商的重要选择之一,有些企业提供的LFP电芯的生命周期比NCM电芯更长。更重要的是,LFP电池不含钴,而且具有固有的更稳定的成本路线图。而钴供应链不稳定的原因主要是由于全球60%的供应量来自刚果民主共和国,这也是最近镍钴锰(NCM)电池价格上涨的一个关键因素,而且中国供应商非常不愿意为大规模的BESS提供镍钴锰(NCM),因为这会增加大型系统的热失控风险。

对于LFP来说,其劣势在于较低的能量密度,但优势在于,它具有更稳定、更低成本的原材料价格、更高的循环寿命和更低的热失控风险,这使其在储能中占有一席地位。可以预见,中国将严格磷酸铁锂电池LFP,而韩国将严格执行镍钴锰(NCM)锂电池。

除此之外,并未大规模应用的钛酸锂电池被人们认为可作为“替代品”,因为它只适用于高充放电率、高循环等一些特殊应用,很多业内人士认为钛酸锂十分适合用在对电池稳定性要求极高的军工等领域。

今年初,韩国报告了23起储能电站火灾事故,这正是在大规模储能安装热潮发生之后。贸易、工业和能源部(MOTIE)随机对新安装的设备进行了限制,还严重限制了现有设备的运行条件。随后,MOTIE进行了一项长达6个月的调查,并于今年6月公布,调查发现,火灾的可能原因包括保护不足、环境条件监督不足、安装缺陷和集成不达标。此外,MOTIE还对电池和个人电脑的制造质量、安装、操作和维护以及消防提出了额外的要求。

投资者对韩国储能电站事件高度关注,因为韩国BESS供应链被认为是全球技术最先进的供应链之一。这经历这一系列事件后,投资者意识到,储能或许仍然是一个较为新兴的行业,因此在生产和整合的各个阶段进行独立监督很有必要。

CEA的审计数据揭示了一个更为复杂的现实:在电池层面,有缺陷的涂层和折叠的电极都可能造成火灾风险,并降低电池的寿命。电池、模块和机架级保护必须到位,并在测试期间保证功能齐全,否则会出现安全风险。

BESS系统的出厂验收测试必须是独立进行的,且包括性能和安全性两个方面的细节务必十分详尽。其中系统设计和保修结构必须由第三方进行分析和评估,以保护买家免受安全或性能不佳的风险,并帮助他们了解产品的成本结构。

2019年,中国四大供应商的总装机量将达到135 GWh,国际四大供应商的总装机量将达到119 GWh。到2021年,预计总装机量将分别为230 GWh和250 GWh。而中国的小型电池供应商2019年将达到140 GWh,2021年将达到227 GWh。得益于CATL和比亚迪在电动汽车方面的急剧增长,中国制造商得以跻身世界四大巨头,松下, LG Chem,三星SDI和SKI之中。

尽管有人存在质疑,认为中国供应商可能不如上述那四大电池制造商,但中国对于BESS在锂电池方面的研发支出占收入的比例,可以发现其对于BESS的重视程度。

未来6年,BESS的安装数量预计将增长10倍,因此,买家必须实现供应链的多元化,学习如何理解供应链的复杂性,并实现尽职调查和监督的正确结合。

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