對鋰離子安全性和可靠性產(chǎn)生影響的因素有哪些

中國對鋰離子電池的生產(chǎn)能力正在迅速提高，但在規(guī)模擴(kuò)張之下，必須保證其安全和質(zhì)量的重要性，尤其在多起電池起火事件發(fā)生、韓國市場陷入停滯后。清潔能源協(xié)會（CEA）發(fā)布了2019年BESS供應(yīng)商市場情報(bào)計(jì)劃報(bào)告，該報(bào)告涵蓋了40家供應(yīng)商，旨在幫助買家了解供應(yīng)商領(lǐng)域。下面將告訴各位哪些因素會對鋰離子的安全性和可靠性產(chǎn)生影響。

韓國電池裝置發(fā)生的一系列火災(zāi)已引起全球儲能領(lǐng)域投資者的擔(dān)憂，并推動了該行業(yè)重新關(guān)注安全和質(zhì)量。 圖片：比亞迪

自2010年以來，鋰電池的價格已經(jīng)下跌了約85%。根據(jù)CEA的分析，到2030年，全球?qū)︿囯x子電池的年需求量預(yù)計(jì)將超過2000 GWh。雖然大部分需求預(yù)計(jì)將用于電動汽車，但其中5%-10%將用于固定電池儲能系統(tǒng)（BESS）。盡管在更高水平的可再生能源滲透中，將引入其他更適合長期使用和低成本的儲能技術(shù)，但就目前而言，鋰離子似乎是領(lǐng)先的技術(shù)，因?yàn)樗浑妱悠囆袠I(yè)采用帶來了大規(guī)模的好處，可以實(shí)現(xiàn)低成本和標(biāo)準(zhǔn)化。

與此同時，人們重新關(guān)注質(zhì)量和安全，不再依賴資產(chǎn)負(fù)債表支持的擔(dān)保，也不再依賴極少數(shù)供應(yīng)商。從上游的工廠電池質(zhì)量控制，一直到系統(tǒng)設(shè)計(jì)和防火等更全面的盡職調(diào)查，正在成為電池企業(yè)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的原則問題。

幾種鋰電池

鋰離子電化學(xué)有許多變體（LMO、LTO、LCO、NCA、NCM和LFP），但目前只有鎳鈷錳（NCM）、鎳鈷鋁（NCA，僅松下和特斯拉使用）和磷酸鐵鋰（LFP）實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的儲能系統(tǒng)。

電池的類型與區(qū)域有一定程度的關(guān)系。對于韓國供應(yīng)商來說，鎳鈷錳（NCM）是BESS的主要選擇，到2019年底，鎳鈷錳的年生產(chǎn)能力預(yù)計(jì)為54 GWh。在北美，特斯拉的Gigafactory 1擁有年產(chǎn)松下NCA 21700圓柱形電池34 GWh的能力，生產(chǎn)出的電池主要用于特斯拉的電動汽車產(chǎn)品。

中國供應(yīng)商對鎳鈷錳（NCM）和磷酸鐵鋰電池（LFP）都有很強(qiáng)的制造能力，甚至包括包括一些鎳鈷鋁（NCA），且生產(chǎn)線可以相對容易地在化學(xué)試劑之間切換。LFP的化學(xué)特性決定了它的安全性，減少了熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。然而，由于能量密度是擴(kuò)大電動汽車應(yīng)用的最重要的因素，所以中國已經(jīng)出現(xiàn)了向能量密度更高的鎳鈷錳（NCM）電池的轉(zhuǎn)變。即便如此，出于安全因素的限定，在某些交通領(lǐng)域，LFP電池是強(qiáng)制安裝的。

目前，LFP仍然是中國BESS供應(yīng)商的重要選擇之一，有些企業(yè)提供的LFP電芯的生命周期比NCM電芯更長。更重要的是，LFP電池不含鈷，而且具有固有的更穩(wěn)定的成本路線圖。而鈷供應(yīng)鏈不穩(wěn)定的原因主要是由于全球60%的供應(yīng)量來自剛果民主共和國，這也是最近鎳鈷錳（NCM）電池價格上漲的一個關(guān)鍵因素，而且中國供應(yīng)商非常不愿意為大規(guī)模的BESS提供鎳鈷錳（NCM），因?yàn)檫@會增加大型系統(tǒng)的熱失控風(fēng)險(xiǎn)。

對于LFP來說，其劣勢在于較低的能量密度，但優(yōu)勢在于，它具有更穩(wěn)定、更低成本的原材料價格、更高的循環(huán)壽命和更低的熱失控風(fēng)險(xiǎn)，這使其在儲能中占有一席地位?？梢灶A(yù)見，中國將嚴(yán)格磷酸鐵鋰電池LFP，而韓國將嚴(yán)格執(zhí)行鎳鈷錳（NCM）鋰電池。

除此之外，并未大規(guī)模應(yīng)用的鈦酸鋰電池被人們認(rèn)為可作為“替代品”，因?yàn)樗贿m用于高充放電率、高循環(huán)等一些特殊應(yīng)用，很多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為鈦酸鋰十分適合用在對電池穩(wěn)定性要求極高的軍工等領(lǐng)域。

安全和質(zhì)量

今年初，韓國報(bào)告了23起儲能電站火災(zāi)事故，這正是在大規(guī)模儲能安裝熱潮發(fā)生之后。貿(mào)易、工業(yè)和能源部（MOTIE）隨機(jī)對新安裝的設(shè)備進(jìn)行了限制，還嚴(yán)重限制了現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行條件。隨后，MOTIE進(jìn)行了一項(xiàng)長達(dá)6個月的調(diào)查，并于今年6月公布，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，火災(zāi)的可能原因包括保護(hù)不足、環(huán)境條件監(jiān)督不足、安裝缺陷和集成不達(dá)標(biāo)。此外，MOTIE還對電池和個人電腦的制造質(zhì)量、安裝、操作和維護(hù)以及消防提出了額外的要求。

投資者對韓國儲能電站事件高度關(guān)注，因?yàn)轫n國BESS供應(yīng)鏈被認(rèn)為是全球技術(shù)最先進(jìn)的供應(yīng)鏈之一。這經(jīng)歷這一系列事件后，投資者意識到，儲能或許仍然是一個較為新興的行業(yè)，因此在生產(chǎn)和整合的各個階段進(jìn)行獨(dú)立監(jiān)督很有必要。

CEA的審計(jì)數(shù)據(jù)揭示了一個更為復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)：在電池層面，有缺陷的涂層和折疊的電極都可能造成火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，并降低電池的壽命。電池、模塊和機(jī)架級保護(hù)必須到位，并在測試期間保證功能齊全，否則會出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)。

BESS系統(tǒng)的出廠驗(yàn)收測試必須是獨(dú)立進(jìn)行的，且包括性能和安全性兩個方面的細(xì)節(jié)務(wù)必十分詳盡。其中系統(tǒng)設(shè)計(jì)和保修結(jié)構(gòu)必須由第三方進(jìn)行分析和評估，以保護(hù)買家免受安全或性能不佳的風(fēng)險(xiǎn)，并幫助他們了解產(chǎn)品的成本結(jié)構(gòu)。

到2019年，中國四大供應(yīng)商的總裝機(jī)量將達(dá)到135 GWh，國際四大供應(yīng)商的總裝機(jī)量將達(dá)到119 GWh。到2021年，預(yù)計(jì)總裝機(jī)量將分別為230 GWh和250 GWh。而中國的小型電池供應(yīng)商2019年將達(dá)到140 GWh，2021年將達(dá)到227 GWh。得益于CATL和比亞迪在電動汽車方面的急劇增長，中國制造商得以躋身世界四大巨頭，松下， LG Chem，三星SDI和SKI之中。

盡管有人存在質(zhì)疑，認(rèn)為中國供應(yīng)商可能不如上述那四大電池制造商，但中國對于BESS在鋰電池方面的研發(fā)支出占收入的比例，可以發(fā)現(xiàn)其對于BESS的重視程度。

未來6年，BESS的安裝數(shù)量預(yù)計(jì)將增長10倍，因此，買家必須實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的多元化，學(xué)習(xí)如何理解供應(yīng)鏈的復(fù)雜性，并實(shí)現(xiàn)盡職調(diào)查和監(jiān)督的正確結(jié)合。
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