刀片电池谁与争锋全球？储能市场大风口

向欣电子 2023-04-26 1966

描述

据IHS Markit对2021年全球新增储能装机功率容量统计排序，Fluence（11%）、Tesla（8%）、NEC（8%）分别位列全球新增储能系统装机前三，阳光电源位列全球储能系统集成商第五，全球市占率为6%。

资料来源：IHS Markit ，数据不包含户储。

到2022年，特斯拉年度业绩报告显示，其储能系统产品在全球总共装机6.5GWh。而澎湃新闻记者从国内储能系统集成商龙头阳光电源方面了解到，2022年阳光电源的储能系统产品在全球总共装机超过了7GWh。而比亚迪储能虽然没有公布储能系统产品年度装机数据，但公司方面公开表示，去年的其订单量超过了14GWh，全球储能系统产品出货量在国内厂商中仅次于阳光电源。2015年，特斯拉推出储能系统产品powerwall、powerpack，正式开启储能业务。2019年公司推出面向公用事业级储能市场的大型储能系统Megapack，迅速占领全球大储市场龙头地位。

2022年，Megapack进行了升级，电池电芯正极材料从三元锂变为磷酸铁锂，成本进一步降低，安全性也较此前有所提升。单套产品容量为1.9MW/3.9MWh，较一代产品能够多储存50%的能量，重量也增加了64%。Megapack最新的一款产品是Megapack 2XL，比第一代Megapack体积大了近20%，产品中包含了与公司电动汽车相同的核心散热组件，也更方便安装，保修期长达20年。每个电池都配备独立逆变器，系统可以远程升级。截至2022年底，Megapack在全球累计装机5GWh以上，储备订单超过10GWh，美国、加拿大、英国、澳大利亚占比分别为69%、13%、10%、8%。在另外一些业内人士看来，特斯拉储能产品的强项在于其数字化技术软件，其在储能变流器控制技术、分布式能源管理、微电网控制等储能数字化技术方面掌握着优势。

据了解，储能系统核心设备包括储能逆变器（PCS）、锂电池、电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）等，技术核心在于储能逆变器（PCS）。特斯拉在变流器环节一直是自主研发，掌握着变流器的控制算法技术。关键技术能力之一就是可以为电力系统注入稳定性的构网型技术。

构网型技术使得变流器自身具备主动调节能力，通过模拟同步发电机的虚拟同步控制算法为电网注入强度和惯量，同时还可以提高储能系统参与电力辅助服务市场的能力，提高储能电站的经济收益。此外，搭载构网型技术的储能系统可以在消纳并网新能源的基础上，主动产生频率和电压，快速响应电网频率变化，为整个电网的稳定性起到关键支撑作用。Powerhub实时监控平台目前来看，产能和供应链是制约特斯拉储能业务的瓶颈。这也正是特斯拉在上海投资建设超级工厂的重要原因——充分利用中国的低成本供应链。据autoevolution报道，目前此前特斯拉的Megapack主要是在内华达州的超级工厂生产，而其在加州Lathrop工厂的Megapack目前的产能是每天23套，产能目前仍在爬坡阶段。

比亚迪储能：杀手锏电芯自产，全栈自研

2006年，马斯克悄悄在推特上发布了“宏图计划”第一篇章，提出了开发太阳能发电产品。2008年，王传福也提出了其新能源“三大构想”——“从能源获取、存储到应用，摆脱对化石能源依赖”的战略布局，即太阳能发电、建储能电站、电动车。在储能产品的落地上，比亚迪甚至更早。2009年，比亚迪首个储能电站建成，200KW移动式储能示范电站验收完成。2013年，比亚迪首次向英国客户交付250KW集装箱储能系统。2019年比亚迪户用储能在欧洲市场的出货量市占率排名第二，仅次于Sonnen。

与特斯拉相比，比亚迪储能系统产品的首要优势在于全栈自研。比亚迪在储能领域实现了电池电芯、BMS(电池管理系统)、EMS(能量管理系统)、PCS(储能变流器)等全业务制造领域覆盖。从电芯到PCS、BMS等核心部件基本为自主研发生产。2022年，比亚迪在长春、武汉、台州、绍兴、成都、南宁、徐州、温州、襄阳、重庆等地继续扩建电池产能。公司也在江西抚州、湖北襄阳、浙江台州、广西南宁、河南郑州、江西宜春等地成立弗迪电池分公司，进一步为扩大产能做准备。据悉，下一步比亚迪将把刀片电池运用到储能系统中。

而安全性也是比亚迪储能系统产品的重要优势。据了解，截至2022底，比亚迪储能系统产品累计出货量超6.5GWh，创造15年零安全事故的安全记录。比亚迪方面此前介绍，以比亚迪电网侧储能产品Cube系统为例，Cube储能系统设计了全面的防爆系统，具备可燃气体探测，主动排气，被动泄压的功能。

在重要的液冷装置上，Cube系统的液冷主管道采用304不锈钢管，支管采用软管，电池包体液冷板采用全密封设计，包体结构通过了震动测试。“系统在液冷管道内部设计了液位计、压力传感器，整体系统底部装有水径传感器，确保小的渗透、大的泄漏都能得到检测、处理。”比亚迪相关负责人说。

阳光电源储能：借助光伏逆变器协同效应，市场反应迅速

跟前两家企业相比，1997年在中国安徽合肥成立的新能源企业阳光电源更低调，其没有“造梦”，业务中也没有电动汽车，其发家产品是光伏逆变器。

根据彭博新能源财经数据，2021年阳光电源光伏逆变器出货量56GW位列全球榜首。截至2022年6月底，公司在全球市场已累计实现逆变设备装机超269GW。公司2014年正式布局储能业务，在储能系统产品组合上，阳光电源面向大型地面电站应用场景，推出全系列液冷储能解决方案PowerTitan、PowerStack，同时，公司也推出了5-10kW家庭储能系统和50kW-1MW分布式储能系统。

根据中关村储能产业技术联盟2022年统计数据显示，阳光电源的全球出货量位居中国储能系统集成商第一名。在业内人士看来，作为储能系统集成商，阳光电源的特殊优势是储能系统与光伏业务协同效应显著。公司光伏逆变器业务全球领先，在高性能、低成本电力电子领域具备得天独厚的优势。而跟特斯拉相似的是，阳光电源在构网型储能逆变器技术上也下足了功夫。近日其发布了其全新的“干细胞电网技术”。这套技术包括了“增强型连续高低穿技术”、“自适应宽频振荡抑制技术”、“POD功率振荡阻尼技术”、“微秒级电压构建技术”、“柔性惯量支撑技术”、“GW级黑启动技术”、“虚拟双源叠控技术”以及诸多解决方案。据介绍，这些技术的应用，将使得新能源发电侧呈现出更稳定、更柔性的电源特征，助力新型电力系统电压、频率更稳定，提高风电、光伏脱网后的快速恢复能力。

不过，跟比亚迪的储能电芯完全自产、特斯拉的电芯未来可能自供相比，阳光电源的储能集成商角色更加单纯，采用完全无电芯战略，其电芯供应商包括宁德时代、亿纬锂能、鹏辉能源，以及海外三星SDI，这种策略的好处是集中优势专注于电力变换、控制及储能系统直流安全管理等储能核心电力电子技术。劣势是，这使得其在一定程度上对产品成本的把控能力会稍逊于比亚迪。阳光电源徐清清此前向澎湃新闻记者介绍，去年碳酸锂价格居于50—60万元/吨的高位时，采用磷酸铁锂电芯的电池成本高达1元/Wh左右，占到了储能系统成本的70%—80%。

随着近日碳酸锂价格的大跌，电芯成本端的瓶颈或有望化解。在谈及未来跟特斯拉等国际储能企业在全球的竞争趋势时，阳光电源高级副总裁、光储集团总裁顾亦磊对澎湃新闻记者表示，“就全球范围来看，市场上的大储产品最终会归于同质化。”“跟手机、汽车这些2C的产品不太一样，储能这样2B的产品，最终拼的是速度和细节。”在顾亦磊看来，在这方面，中国储能企业或具备先天优势。“中国企业更勤奋，在面对全球客户时也更有忍性。”顾亦磊表示。

关键词：刀锋电池，储能系统，技术创新，国货精品

引言：比亚迪2020年3月发布的电池产品：刀片电池（The blade battery）是比亚迪于2020年3月29日发布的电池产品。该电池采用磷酸铁锂技术，将首先搭载于“汉”车型。2020年3月29日，比亚迪正式发布刀片电池，该电池采用磷酸铁锂技术，将首先搭载于“汉”车型。2022年11月，比亚迪刀片电池巴士在新加坡第四届LTA-UITP新加坡国际交通大会暨展览会亮相。“刀片电池”通过结构创新，在成组时可以跳过“模组”，大幅提高了体积利用率，最终达成在同样的空间内装入更多电芯的设计目标。相较传统电池包，“刀片电池”的体积利用率提升了0%以上，也就是说续航里程可提升50%以上，达到了高能量密度三元锂电池的同等水平。

比亚迪将展示的刀片电池，通过了电池安全测试领域的“珠穆朗玛峰”针刺测试，成功挑战了极端强度测试─46吨重卡碾压测试，具备超级安全、超级强度、超级续航、超级寿命的特点。超级安全：针对电池使用七重安全维度测试，涵盖内部短路、外部短路、过充、碰撞、高压、连接以及危险气体；超级强度：电池包具备挤压不起火、不爆炸特性，并通过了模拟碰撞，抗压强度等测试；超级续航：续航里程轻松突破600km，超级寿命：满足充放电3000次以上，满足车辆行驶全生命周期需求。

刀片电池助力新储能系统市场

受政策与市场需求推动，储能产业发展迅速，备受市场关注。4月7日至9日，第十一届储能国际峰会暨展览会在北京首钢园举办，此次峰会吸引了储能产业链上下游300多家企业参加。除经济性外，安全效率成为此次峰会关注的新焦点。《证券日报》记者在现场了解到，当前储能产业为应对不同的应用场景，技术路线可谓“百花齐放”，但不少产品也面临着同质化等问题。与会专家认为，当前储能产业除了要解决经济性问题外，相关企业也应更加深入的进行技术环节研究，更好的与电网适配，这也是未来企业提升核心竞争力的关键所在。

“当前，储能已成为国际热点研究方向和产业布局重点，各国高度重视。全球储能产业也呈蓬勃发展之势，多种储能技术路线不断突破，政策导向不断改善，储能产业装机量快速增长。”中国科学院工程热物理研究所副所长郭晓勇在会上表示。据CNESA全球储能项目库不完全统计，2022年，全球储能市场继续高速发展，新型储能新增投运规模首次突破20GW，达到20.4GW，是2021年同期的2倍。中国新型储能累计装机规模首次突破10GW，达到13.1GW/27.1GWh，其中仅2022年新增装机就达到7.3GW/15.9GWh，新型储能新增规模创历史新高。海外方面，国内储能企业纷纷加速出海，受益于海外市场需求旺盛，2022年业绩呈现“爆发式”增长。而未来海外市场仍是国内很多储能企业布局的重点。国内方面，随着各项储能政策落地以及商业化路径越来越清晰，业内人士均看好国内新型储能市场未来的增长空间，亦有多家企业涌入储能蓝海市场。据CNESA预测，保守场景下，预计2027年国内新型储能累计规模将达到97.0GW，2023年至2027年复合年均增长率（CAGR）为49.3%；理想场景下，预计2027年国内新型储能累计规模将达到138.4GW，2023年至2027年复合年均增长率（CAGR）为60.3%。安全与效率受关注，虽然当前国内储能产业发展如火如荼，新技术路线不断涌现，但整体仍处于发展初级阶段，还面临着规模化发展、市场机制、经济收益、安全效率等问题。受多重因素影响，国内储能的商业模式尚未跑通，经济性问题成为当前行业最大的痛点。

“从新能源消纳角度来说，光伏配套产业、配储现象都有发生，也出现了一些储能建而不用、建而不调的现象，这些问题确实存在。”南方电网公司专家委专职委员、储能与可再生能源重大科研团队总负责人郑耀东认为，“使用价值发挥是新型储能发展的唯一出路，新型储能的价值一定要靠使用来发挥。日后随着政策和市场的成熟，储能电站运行时间和市场机制有效发挥时，回报可能更快。”除了经济性外，安全与效率也是储能行业发展的关键性问题。有业内人士告诉记者，经济性受到产品安全、效率的制约，三者协同发展，综合立体地呈现储能企业的实力。

比亚迪汽车工业有限公司解决方案总监杨智博认为，比亚迪做储能基本的逻辑就是在安全的基础上不断提高整个系统中电池的占比，安全是根本。电池的占比不断提高，可以降低成本和提高整个系统效率。但同时需要注意的是，如何把安全、成本、效率三者做好，同时又能解决电池占比和安全性之间的矛盾，唯一出路就是从电芯本身着手，做出更安全、更可靠的电芯，才是解决安全、成本、效率三者关系唯一的出路。深挖技术壁垒是关键，《证券日报》记者在展会现场看到，多家企业都在展出液冷储能系统集成，对于各家产品的区别，有储能系统集成商工作人员向记者坦言，“从集成系统来看，事实上每家产品的实际区别不大，更多的是体现在企业的资金及在电网端的资源优势上。”多位业内人士接受《证券日报》记者采访时表示，虽然产业链各环节技术路线百花齐放，但业内仍面临低价竞争以及产品同质化问题。未来储能企业需要深挖技术壁垒成业内共识。

EnergyTrend储能获悉，3月28日，比亚迪（002954）发布2022年年度报告。报告显示，比亚迪2022年实现营业收入约为4240.61亿元，同比增长96.2%；归属净利润首次突破百亿元，为166.22亿元，同比增长超4倍。比亚迪主要经营包括以新能源汽车为主的汽车业务，手机部件及组装业务，二次充电电池（消费电池、动力电池、储能电池等）及光伏业务等。下面主要介绍比亚迪储能板块。以下为比亚迪2022年主要业绩亮点：1、比亚迪在2022年的营收为4240.61亿元，同比增长96.20%；2、归属净利润为166.22亿元，同比增长445.86%；3、比亚迪汽车、汽车相关产品及其他产品业务的收入为3246.91亿元，同比增长151.78%，占集团总收入的比例为76.57%；4、手机部件、组装及其他产品业务的收入为988.15亿元，同比增长14.3%，占集团总收入的比例为23.3%。

储能：“魔方储能系统”将转批产，比亚迪是全球领先的二次充电电池制造商之一。在消费类电池领域，比亚迪生产的锂离子电池广泛应用于各类消费类电子产品及新型智能产品领域；在动力电池领域，比亚迪开发出高安全磷酸铁锂电池，解决电动汽车电池在安全性、循环寿命和续航里程等方面的全球性难题。通过持续迭代创新，推出刀片电池和CTB（Cell to Body）等技术。比亚迪已在动力电池领域建立起全球领先的技术优势和成本优势，并通过产能的快速提升，建立起领先的规模优势。当前，储能领域市场需求旺盛，商业模式持续改善，行业得以迅速发展。在储能电池领域，比亚迪在电网储能、工商业储能、家庭储能等应用领域发力，为客户提供更加清洁可持续的储能解决方案。

在政策及市场双重利好推动下，新型储能建设布局加快，为应对新的市场竞争环境以及业主方定制化的市场需求，储能企业纷纷加大研发投入，新产品、新技术不断投放市场，新品迭代升级为行业注入了新的动力。比亚迪年度报告显示，2022年比亚迪研发投入金额超202.23亿元，研发投入占营业收入的4.77%。在储能板块的研发中，比亚迪提出“魔方储能系统”，致力于打造具有超高容量密度、超高安全、超长寿命和超低成本、具有降维打击能力的全新一代储能系统，形成类似刀片电池、汉等现象级产品，力争储能市场份额全球第一。比亚迪年度报告还提到，2022年2月，“魔方储能系统”四款产品同时开发，目前部分型号系统已批产，全部型号将于2023年3月转批量生产，累计申请专利122项。比亚迪魔方储能系统拟达目标：

2023年，比亚迪储能将面向全球推出首款搭载刀片电池的储能系统“比亚迪魔方”，继承了刀片电池高安全、长寿命等核心优势，能解决行业面临的安全、成本、寿命、效率等痛点，将为储能行业带来质的变革。储能布局：市场逐渐放量，比亚迪储能发力，据SNE数据显示，2022年比亚迪储能电池全球出货量为14GWh，同比增长211%，全球份额为11.5%，位列全球储能电池出货第二名。

企业储能电池出货量：

2022年12月12日，比亚迪储能销售中心常务总裁尤国在公开场合表示，比亚迪储能产品覆盖全球6大洲、70多个国家和地区、400多个城市，储能系统累计出货量超6.5GWh，其中，在英国和美国的储能市场占有率达80%和30%。在去年，比亚迪储能全球订单总量超14GWh。在储能业务方面，比亚迪从几千瓦的小型家用储能，到百兆瓦、吉瓦级电网储能解决方案，均有布局，且在全球实现规模化、商业化应用。

比亚迪储能业务的主要发力点在海外市场，2022年以来，随着储能市场逐渐放量，比亚迪“出海”动作频频。自2011年起，比亚迪就已开始进击北美市场。比亚迪储能2022年11月宣布，由其供货的全球最大单期储能电站在美国西海岸成功投入商业运营。该独立储能电站由比亚迪提供1500V的电网级储能产品BYDCubeT28，储能容量近1.7GWh。2022年2月2日，比亚迪储能543MWh Cube Pro液冷储能系统在拉斯维加斯地区启动部署，该项目将于2023年第二季度开始建设，预计年底商业运营。

英国也是比亚迪的重点布局市场。2022年10月18日，比亚迪宣布，携BYDCubeT28、CHESSPro储充柜、EnergyPod等产品亮相英国国际太阳能&储能展。据了解，比亚迪自2014年进入英国市场以来，累计向英国客户提供约1GWh的储能系统。除了海外市场，近两年比亚迪又逐渐将目光聚焦到了国内大型储能市场。比亚迪也在参与国内储能项目的投标，并获得多个大单，表现亮眼。2月21日，比亚迪中标了中电建阜康储能项目，储能系统建设规模为150MW/600MWh。当前，比亚迪储能在户用、工商业两大领域全面布局，在全球范围内有着广阔的市场。储能产业正呈现蓬勃发展的良好态势，在一系列利好政策推动下，储能项目将会快速在全球范围内铺开，迎来旺盛发展的局面。

BYD刀片电池的测试及特点

一

针刺测试

针刺试验模拟的是电池受到外力破坏时的情况，例如电池组被碰撞、挤压、穿刺。针刺试验主要模拟的还是锂电池内部隔膜破裂时的内部短路情况。锂电池在充电时，锂离子从正极脱嵌并100%嵌入负极；但是在非理想情况下（如过充、低温、大电流等），从正极脱嵌的锂离子会在负极出现嵌入异常的情况，锂离子就只能析出在负极表面，这种现象被称为“析锂”。

“析锂”发生时，锂离子在负极表面可能会还原成不同形态的金属锂，其中树枝形状的金属锂被称为“锂枝晶”，它会随着析锂现象而不断“生长”，这一过程基本不可逆，最终有可能会穿破正负极间的隔膜，从而导致电芯的内部短路，并最终引发热失控。需要通过针刺试验来模拟电芯内部隔膜被穿破的情况，以验证电芯本身的安全性。

二

安全性能

刀片电池所采用的材料本身就更安全。NCM三元材料在温度不足200℃时就会开始分解并放出大量热；而磷酸铁锂材料要在温度接近500℃时才会开始分解，且在分解过程中不释放氧气，放热速率也远低于NCM三元材料，不易发生热失控更不容易起火燃烧。

刀片电池的结构也更安全。

相比方方正正的方壳电池，又长又薄的刀片电池拥有更大的表面积，在发生内部短路时，热量会被快速散发掉，让聚集的热量达不到磷酸铁锂材料的分解启动温度，从而保证了电芯不会轻易发生热失控。

锂电池的生产主要分为极片制造、装配、注液等几个步骤。根据比亚迪的介绍，刀片电池的生产难点主要在于极片制造。

“长”是刀片电池各种核心优势的根本，而长达960mm的刀片电池，其内部的极片自然也要达到这个级别。市面上主流的电池产品极片大多处于500mm以下的级别。

好针对刀片电池的需求，开发出了超宽幅的极片生产设备，弗迪电池工厂的涂布设备，可以实现1300mm宽度的极片双面涂布，单位面积的涂敷重量小于1%，宽度尺寸偏差小于0.5mm，速度为每分钟70米。

在辊压工序，弗迪工厂的辊压设备可以实现1200mm宽度的极片辊压，可以将极片厚度差控制在2微米以内，速度为每分钟120米。

生产长度960mm的刀片电池，关键就在于其宽幅极片生产工艺。极片并不是生产刀片电池的唯一难点。刀片电池采用了叠片工艺，相较卷绕工艺实现了更高的能量密度，但如此长的极片，要保证分切地一致、堆叠时对齐，才能保证生产出的电池拥有良好的一致性。通过完全独立自主开发的设备和裁切方案，弗迪电池工厂的叠片在960mm宽度的基础上，实现了每分钟200片的叠片速度和小于0.3mm的对齐公差控制。按照官方说法，这一速度达到了世界领先的水平。

三

刀片电池CTP技术

刀片电池实际上也是一种CTP（Cell To Pack，无模组）方案，属于结构创新而非材料创新。CTP技术大幅减少了电池组中的电池模组，将十数个小的模组变成了两个或四个大的模组，从而省去了大量的零部件、连接线和壳体，在相同体积的电池组中容纳了更多电芯，提高了电池组整体的能量密度。

比亚迪的刀片电池组由于其电芯本身足够长，通过特殊的设计和组装工艺，实现更彻底的无模组化。

其他厂商的CTP技术，依然是基于现有的电芯对布局重新设计，这导致电池组的尺寸控制依然会被电芯的规格所限制。而比亚迪的刀片电池由于形状规整、排列简单，电池组的尺寸可以直接实现电芯级的调整。

刀片电池也是一种磷酸铁锂电池，比亚迪针对刀片电池组进行了多项专门设计，以保证其低温性能。

刀片电池组中全部采用了液冷式热管理系统，在电芯的上下部分采用了大面积的保温材料，以保证热管理系统可以良好运作。在极片材料上，采用了纳米化的磷酸铁锂通过减小材料粒径缩短锂离子的迁移路径，改善了电池组的低温功率性能。

刀片电池组在零下20度的环境下，依然可以保持常温90%的放电能力。

刀片电池组实际上也是一种CTP方案，它的电池组内部直接就是一个个的电芯，并非直接放置在电池组中的，而是被各种连接件安装、并通过特殊胶水固定的。这种用来固定电芯的胶水可以牢牢地将电芯固定在电池组中，同时起到一定的导热、阻燃和缓冲效果，但相应地，电芯被黏在一起之后就很难再拆开。如果电池组中的单个电芯出现故障，就要直接更换整个电池组。而传统的模组化电池组，就可以通过更换单个模组来维修，这无疑大大增加了采用刀片电池车型的电池故障维修成本。

刀片电池并没有大家想象中的那么神秘，它本质上依旧是磷酸铁锂电池。但在结构上进行了大量的创新，从而实现了优秀的安全性。刀片电池，关键就在于比亚迪的先进工艺，包括宽幅极片的制造、高速高精度的叠片工艺等等，这些是比亚迪的核心技术，磷酸铁锂材料不能满足人们的续航需求时，刀片电池生产工艺或许也会被用来生产三元锂电也说不定。

BYD刀片电池拆解

在网上整理和浏览资料的时候，发现一个刀片电池系统的拆解，是对一些比较有趣的部分整理。当然，我个人最感兴趣的部分是电子电气部分，今天先分享这部分的内容，后续会就结构和冷却部分再逐一分解，随后有机会整理一些专业机构对刀片电池的测试分析，做一些摘录。下图左边是比亚迪做的50kwh+低电量的电池系统，右边是70+kwh的上下叠层双排电池系统。有一个共同的特征，就是比亚迪的电池需要一根比较长的母排接回来。