車規(guī)級刀片電池 助力儲能市場創(chuàng)新

11月13日，工業(yè)和信息化部辦公廳、住房和城鄉(xiāng)建設部辦公廳、交通運輸部辦公廳、農業(yè)農村部辦公廳、國家能源局綜合司五部門聯(lián)合發(fā)布關于開展第四批智能光伏試點示范活動的通知。 根據(jù)通知，試點示范：支持培育一批智能光伏示范企業(yè)，包括能夠提供先進、成熟的智能光伏產品、服務、系統(tǒng)平臺或整體解決方案的企業(yè)。支持建設一批智能光伏示范項目，包括應用智能光伏產品，融合運用5G通信、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術，為用戶提供智能光伏服務的項目。其中先進光伏產品包括包括高效晶硅太陽能電池（轉換效率在25%以上）、鈣鈦礦及疊層太陽能電池、先進薄膜太陽能電池等。

試點示范優(yōu)先考慮方向：

1. 光儲融合。應用新型儲能技術及產品提升光伏發(fā)電穩(wěn)定性、電網(wǎng)友好性和消納能力，包括光伏直流系統(tǒng)、光儲微電網(wǎng)、農村光儲充系統(tǒng)、便攜式光儲產品等方向。

2. 建筑光伏。包括光伏作為建筑屋頂、幕墻或遮陽等建筑構件與建筑有機結合，光伏發(fā)電與建筑用電負荷匹配的建筑光伏項目。

3. 交通運輸應用。包括在公路客貨運樞紐、公路服務區(qū)（停車場）、加油站、港口碼頭等場景，構建“分布式光伏+儲能+微電網(wǎng)”交通能源系統(tǒng)，實現(xiàn)高比例綠色電力自發(fā)自用。

4. 農業(yè)農村應用。在設施農業(yè)、規(guī)?；N養(yǎng)、農產品初加工等生產場景，發(fā)展農光互補生態(tài)復合模式，優(yōu)先支持符合條件的光伏扶貧項目。

5. 光伏綠色化。包括光伏產品綠色設計及綠色制造、退役光伏組件回收處理及再利用、光伏組件零部件再制造、光伏“碳足跡”評價認證、光伏供應鏈溯源體系等方向。

6. 關鍵信息技術。包括光伏系統(tǒng)智能調度、智能運維，以及面向智能光伏系統(tǒng)的通信與信息系統(tǒng)、柔性電力電子、智能微電網(wǎng)、虛擬電廠、工業(yè)軟件、工業(yè)機器人等方向。

7. 先進光伏產品。包括高效晶硅太陽能電池（轉換效率在25%以上）、鈣鈦礦及疊層太陽能電池、先進薄膜太陽能電池，以及相關產業(yè)鏈配套高質量、高可靠、低成本設備及材料等方向。

8. 新型設施和實證檢測。包括面向數(shù)據(jù)中心、5G等新型基礎設施的智能光伏系統(tǒng)，面向極寒、極熱、高濕度、低輻照量、高鹽霧等典型場景建設光伏應用和實證檢測等方向。

全球及重點國別/地區(qū)光伏行業(yè)發(fā)展情況從光伏產業(yè)鏈制造端來看，2022年全年，在應用市場需求的拉動下，全球光伏產業(yè)鏈制造端的生產規(guī)模持續(xù)擴大。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會在2023年2月發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，2022年全球新增光伏裝機量預計為230吉瓦，同比增長35.3%，以此拉動光伏產業(yè)鏈制造端產能進一步擴大。2022年全年，中國共生產光伏多晶硅80.6萬噸，同比上漲59%，根據(jù)業(yè)內對多晶硅與組件間的轉換比例測算，2022年度中國可用多晶硅對應的組件產量約為332.5吉瓦，較2021年增長82.9%。圖 1 2013-2030年全球新增光伏裝機容量數(shù)據(jù)來源：中國光伏行業(yè)協(xié)會（CPIA）

從生產布局來看，中國大陸依然是產能聚集地，硅片產能占全球硅片總產能的比重高達98%，電池片產能占比超過85%，組件產能占比約為77%。近年，全球的產業(yè)重心也進一步向中國大陸轉移，2022年，中國大陸的硅片、電池片、組件產量占全球總產量的比重均在80%以上，且呈現(xiàn)快速增長勢頭。

從重點關注的國別/地區(qū)來看：歐洲：根據(jù)歐洲光伏協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)，2022年歐盟27國新增光伏裝機41.4吉瓦，同比增幅接近50%，樂觀預計2026年光伏年新增裝機量將逼近120吉瓦。其中，德國2022年以7.9吉瓦的新增裝機量位居首位；其次是西班牙，新增裝機容量7.5吉瓦。預計德國在2023年新增裝機量將超過10吉瓦，2023-2026年將累計新增62.6吉瓦。西班牙預計在2023至2026期間新增51.2吉瓦裝機量，累計安裝量從2022年26.4吉瓦增至77.7吉瓦。2022年12月，德國議會批準了針對屋頂光伏的一項新的稅收減免方案，包括對30千瓦以下的光伏系統(tǒng)免除增值稅。新修正的德國可再生能源法案（EEG）規(guī)定，2023年起，德國允許將原有光伏電站的所有光伏部件，包括組件、逆變器等，以舊換新，只要不增加用地，就無需冗長的審批流程。預計新政實施后德國光伏裝機總量將翻番增長。

圖 2 2021-2022年歐洲部分國家光伏裝機情況數(shù)據(jù)來源：EU Market Outlook for Solar Power 2022-2026

巴西：根據(jù)Fitch援引巴西礦業(yè)和能源部的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，巴西光伏總裝機容量在2022年達到了22吉瓦，新增容量為9.0吉瓦，新增裝機容量同比大幅增長了73.3%。

受2022年1月出臺的分布式發(fā)電法案的影響，巴西將在2023年開始對小型分布式項目征收電網(wǎng)使用費，由于巴西當?shù)氐姆植际巾椖空颊w安裝量的比重超過65%，此法案顯著影響市場并形成大規(guī)模搶裝潮，使得巴西成為2022年光伏裝機最火熱的市場之一。

印度：根據(jù)印度光伏咨詢機構JMK的調研數(shù)據(jù)，2022年，印度安裝了13.96吉瓦的太陽能光伏系統(tǒng)，同比增長近40%。其中公用事業(yè)規(guī)模的光伏11.3吉瓦，同比增長約47%，另有部分屋頂分布式光伏及離網(wǎng)/分布式容量。

日本：根據(jù)Fitch及美國能源信息署（EIA）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2022年，日本光伏裝機容量達到了77.6吉瓦，同比增長4.4%，新增光伏裝機容量為3.1吉瓦。2023年1月，日本東京都議會表決通過了有關“要求自2025年4月起在東京都內的新建住宅必須安裝太陽能電池板”的修訂條例，規(guī)定大型住宅建筑和不到2000平方米的一戶建住宅的物主有義務在屋頂安裝太陽能電池板。另外，日本經濟產業(yè)省將從2024年度開始實施一項政策，擬高價購買企業(yè)通過屋頂光伏所產生的電力，計劃采取固定價格收購制度（FIT），采購價預計將比收購地面光伏電力價格高出2到3成。

中國：根據(jù)國家能源局數(shù)據(jù)，2022年，中國光伏新增裝機87.41吉瓦，同比大幅增長59.3%，增速提高了45個百分點，分布式光伏成為光伏裝機的重要增長點；中國光伏行業(yè)協(xié)會預計2023年國內新增光伏裝機容量為95-120吉瓦，2025年國內新增光伏裝機容量為100-125吉瓦。預計2023年光伏累計裝機將首次超過水電，成為第一大非化石能源發(fā)電來源。據(jù)光伏行業(yè)協(xié)會不完全統(tǒng)計，2023年1月全國共發(fā)布18項光伏相關政策。其中，國家政策3項，地方政策15項。政策內容涉及推動智能光伏技術進步和行業(yè)應用、鼓勵支持10千伏及以上的工商業(yè)用戶直接參與電力市場；引導太陽能光伏、儲能技術及產品各環(huán)節(jié)均衡發(fā)展，避免產能過剩、惡性競爭。

圖 3 2013-2030年中國新增光伏裝機情況

美國：美國光伏市場是為數(shù)不多的出現(xiàn)衰退的市場，由于對華貿易限制阻礙了光伏設備中關鍵的低成本零配件和材料進口，2022年美國太陽能新增裝機容量據(jù)估算比2021年減少23%。對于光伏產業(yè)鏈上的各企業(yè)而言，在下游裝機需求高增的背景下，頭部廠商展現(xiàn)出更穩(wěn)定的業(yè)績增速。2022年是各大上市公司“跨界”光伏的大年，從目前已披露的業(yè)績表現(xiàn)來看，多數(shù)“跨界追光者”尚未兌現(xiàn)光伏業(yè)務收益。光伏頭部企業(yè)具有規(guī)模優(yōu)勢、先發(fā)優(yōu)勢，不斷擴張產能，使得后進入市場的光伏企業(yè)和二三線廠商壓力較大。一體化的大規(guī)模、低成本可能使得部分環(huán)節(jié)的利潤更加集中，強者恒強的趨勢愈發(fā)明顯，小廠商的洗牌趨勢或會逐漸顯現(xiàn)。

全球光伏產業(yè)鏈出口貿易情況中國：2022年12月，中國光伏組件出口出現(xiàn)逆勢小幅上漲，終止了7月出口高峰以來的下滑趨勢。全年出口數(shù)據(jù)表現(xiàn)亮眼，2022年光伏組件出口量達到154.8吉瓦，相較2021年增長74%；出口額為423.75億美元，同比增長65.45%。出口高峰為年中的5至7月，其后海外市場因上半年大量進口提高庫存水平，拉貨力道減緩，組件出口量連續(xù)下滑至11月，于12月止跌上漲。圖 4 2022年1-12月中國光伏組件出口情況

歐洲地區(qū)：2022年全年，歐洲地區(qū)國家從中國進口了86.6吉瓦的光伏組件，占全年中國光伏組件出口量的56%，且相對2021年全年的40.9吉瓦大幅增長了112%，是中國組件出口在2022年增長最快、規(guī)模最大的地區(qū)市場。2022年，受俄烏沖突影響，傳統(tǒng)能源價格快速升高，促使歐洲各國積極推動能源轉型，光伏設備的安裝需求大增，主力國家如德國、西班牙、波蘭、荷蘭等，需求顯著提升，許多以往需求規(guī)模較小的國家也出現(xiàn)倍數(shù)增長。

亞太地區(qū)：亞太地區(qū)2022年從中國進口光伏組件28.5吉瓦，相較2021年增長27%。主要的需求國包括印度、日本及澳大利亞。

美洲地區(qū)：2022全年自中國進口組件總量達24.8吉瓦，相較2021年增長50%，增量的80%來自巴西。

中東地區(qū)：典型國家是阿聯(lián)酋、沙特阿拉伯，兩國2022年自中國進口的光伏組件量均呈現(xiàn)大幅增長。其中，阿聯(lián)酋自中國進口了3.6吉瓦的光伏組件，與2021年相比，增幅高達340%，為中東地區(qū)最大的中國組件進口國；沙特阿拉伯自中國進口了1.2吉瓦的光伏組件，相比2021年不到0.1吉瓦的需求出現(xiàn)大幅增長。除組件外，2022年中國電池片累計出口40.03億美元，同比增長40.66%；逆變器累計出口89.75億美元，同比增長75.11%。

2023規(guī)范行業(yè)發(fā)展趨勢預測

• 全年延續(xù)高開高走態(tài)勢

雖然一季度通常是歐洲、中國的裝機淡季，但近期，硅料新增產能不斷釋放，導致產業(yè)鏈價格下行，下游成本壓力得到有效緩解，刺激裝機釋放。同時，海外光伏需求在2-3月份有望延續(xù)1月份“淡季不淡”走勢。根據(jù)頭部組件企業(yè)反饋，春節(jié)后組件排產提升趨勢明確，2月環(huán)比平均提升幅度在10%-20%，3月環(huán)比提升幅度會進一步增加。二、三季度開始，隨著供應鏈價格的持續(xù)下降，預期需求將持續(xù)回升，直到年底或將再次出現(xiàn)大規(guī)模并網(wǎng)潮，帶動四季度裝機量達到全年高峰。

• 產業(yè)競爭愈發(fā)激烈

2023年，地緣政治、大國博弈、氣候變化等因素對于整個產業(yè)鏈供應鏈的干預或影響還將持續(xù)，國際光伏產業(yè)競爭也會越來越激烈。從產品角度看，企業(yè)加大高效產品研發(fā)，是提高光伏產品全球競爭力的主要抓手；從產業(yè)布局看，未來光伏產業(yè)供應鏈從集中化轉向分散化和多元化的趨勢愈發(fā)明顯，要針對不同市場特征及政策情況，科學合理布局海外產業(yè)鏈及海外市場，是企業(yè)提升全球競爭力、降低市場風險的必要手段。

中長期光伏行業(yè)的發(fā)展趨勢

全球光伏行業(yè)具有較高的發(fā)展?jié)摿?，支撐光伏產業(yè)鏈產品需求保持高位

從全球范圍來看，能源結構向多元化、清潔化、低碳化方向轉型是不可逆轉的趨勢，各國政府積極鼓勵企業(yè)發(fā)展太陽能光伏行業(yè)。在能源轉型的背景下，疊加技術進步帶來的光伏發(fā)電成本下降的利好因素，中期內，海外光伏裝機需求將持續(xù)保持高景氣。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會的預測，2023年全球新增光伏裝機量為280-330吉瓦，2025年全球新增光伏裝機量為324-386吉瓦，支撐光伏產業(yè)鏈產品需求保持高位。2025年之后，考慮市場消納、供需匹配的因素，全球光伏產品或將出現(xiàn)一定的產能過剩。

中國光伏產品具有產業(yè)鏈聯(lián)動優(yōu)勢，出口具有較高的競爭力

我國光伏行業(yè)擁有全球最完整的光伏產業(yè)供應鏈優(yōu)勢，產業(yè)配套完備、上下游形成聯(lián)動效應，產能產量優(yōu)勢明顯，這是支撐產品出口的基礎。與此同時，我國光伏產業(yè)持續(xù)創(chuàng)新，技術優(yōu)勢領先全球，為能夠抓住國際市場機遇奠定了基礎。此外，數(shù)字化技術、智能化技術使制造業(yè)數(shù)字化轉型升級加快，大幅提升了生產效率。

• 光伏核心器件朝高效率、低能耗、低成本方向發(fā)展，電池轉換效率是光伏產業(yè)突破瓶頸的關鍵技術要素

在平衡成本與效能的前提下，高轉換性能的電池技術一旦突破實現(xiàn)量產，便會迅速占領市場，淘汰低端產能。產業(yè)鏈上下游之間的產品鏈、供應鏈平衡也會隨之重構。目前，晶硅電池仍是光伏行業(yè)的主流技術，這也構成了上游原材料硅料的高消耗，而被認為是第三代高效薄膜電池代表的鈣鈦礦薄膜電池在節(jié)能環(huán)保、設計應用、原料消耗等方面具備顯著優(yōu)勢，目前該技術仍處在實驗室階段，一旦實現(xiàn)技術突破，替代晶硅電池成為主流技術，產業(yè)鏈上游原材料的瓶頸制約將被打破。

我國光伏行業(yè)發(fā)展形勢小結

整體而言，我國光伏行業(yè)面臨的發(fā)展形勢可歸納為：需求端高景氣、供給端有優(yōu)勢、警惕政策影響、搶抓窗口機遇。

需求端高景氣。三重因素推動光伏外需維持高景氣：度電成本下降提升光伏核心競爭力；能源低碳轉型推動光伏滲透率提升；能源安全挑戰(zhàn)將提升歐洲光伏長期需求。

供給端有優(yōu)勢。三大特征決定了中國光伏產品的出口優(yōu)勢：中國光伏產品的技術優(yōu)勢全球領先；光伏產業(yè)供應鏈高度集中于我國，產能產量優(yōu)勢明顯；中國光伏企業(yè)的垂直一體化帶動降低成本。

警惕政策影響。貿易政策是影響我國光伏產品出口的最重要變量，需盯緊各國光伏產業(yè)鏈相關的貿易政策，警惕印、美、韓及部分歐洲國家通過反傾銷調查、基本關稅、碳足跡標準等方式制裁中國光伏產品出口，以保護本土光伏企業(yè)的健康發(fā)展。

搶抓窗口機遇。綜合考慮市場消納、供需匹配、國際競爭等因素，預計2025年將是行業(yè)發(fā)展的分水嶺。2025年之前，企業(yè)面臨發(fā)展窗口期，存在窗口期機遇；之后，市場增速逐步放緩，行業(yè)會進入洗牌期，而實現(xiàn)產業(yè)鏈技術突破則是提高企業(yè)及產品核心競爭力的主要條件之一。

刀片電池助力儲能系統(tǒng)戶儲（家儲）新市場

一

針刺測試

針刺試驗模擬的是電池受到外力破壞時的情況，例如電池組被碰撞、擠壓、穿刺。針刺試驗主要模擬的還是鋰電池內部隔膜破裂時的內部短路情況。鋰電池在充電時，鋰離子從正極脫嵌并100%嵌入負極；但是在非理想情況下（如過充、低溫、大電流等），從正極脫嵌的鋰離子會在負極出現(xiàn)嵌入異常的情況，鋰離子就只能析出在負極表面，這種現(xiàn)象被稱為“析鋰”。

“析鋰”發(fā)生時，鋰離子在負極表面可能會還原成不同形態(tài)的金屬鋰，其中樹枝形狀的金屬鋰被稱為“鋰枝晶”，它會隨著析鋰現(xiàn)象而不斷“生長”，這一過程基本不可逆，最終有可能會穿破正負極間的隔膜，從而導致電芯的內部短路，并最終引發(fā)熱失控。需要通過針刺試驗來模擬電芯內部隔膜被穿破的情況，以驗證電芯本身的安全性。

二

安全性能

刀片電池所采用的材料本身就更安全。NCM三元材料在溫度不足200℃時就會開始分解并放出大量熱；而磷酸鐵鋰材料要在溫度接近500℃時才會開始分解，且在分解過程中不釋放氧氣，放熱速率也遠低于NCM三元材料，不易發(fā)生熱失控更不容易起火燃燒。

刀片電池的結構也更安全。

相比方方正正的方殼電池，又長又薄的刀片電池擁有更大的表面積，在發(fā)生內部短路時，熱量會被快速散發(fā)掉，讓聚集的熱量達不到磷酸鐵鋰材料的分解啟動溫度，從而保證了電芯不會輕易發(fā)生熱失控。鋰電池的生產主要分為極片制造、裝配、注液等幾個步驟。根據(jù)比亞迪的介紹，刀片電池的生產難點主要在于極片制造。

“長”是刀片電池各種核心優(yōu)勢的根本，而長達960mm的刀片電池，其內部的極片自然也要達到這個級別。市面上主流的電池產品極片大多處于500mm以下的級別。

好針對刀片電池的需求，開發(fā)出了超寬幅的極片生產設備，弗迪電池工廠的涂布設備，可以實現(xiàn)1300mm寬度的極片雙面涂布，單位面積的涂敷重量小于1%，寬度尺寸偏差小于0.5mm，速度為每分鐘70米。

在輥壓工序，弗迪工廠的輥壓設備可以實現(xiàn)1200mm寬度的極片輥壓，可以將極片厚度差控制在2微米以內，速度為每分鐘120米。

生產長度960mm的刀片電池，關鍵就在于其寬幅極片生產工藝。極片并不是生產刀片電池的唯一難點。刀片電池采用了疊片工藝，相較卷繞工藝實現(xiàn)了更高的能量密度，但如此長的極片，要保證分切地一致、堆疊時對齊，才能保證生產出的電池擁有良好的一致性。通過完全獨立自主開發(fā)的設備和裁切方案，弗迪電池工廠的疊片在960mm寬度的基礎上，實現(xiàn)了每分鐘200片的疊片速度和小于0.3mm的對齊公差控制。按照官方說法，這一速度達到了世界領先的水平。

三

刀片電池CTP技術

刀片電池實際上也是一種CTP（Cell To Pack，無模組）方案，屬于結構創(chuàng)新而非材料創(chuàng)新。CTP技術大幅減少了電池組中的電池模組，將十數(shù)個小的模組變成了兩個或四個大的模組，從而省去了大量的零部件、連接線和殼體，在相同體積的電池組中容納了更多電芯，提高了電池組整體的能量密度。

比亞迪的刀片電池組由于其電芯本身足夠長，通過特殊的設計和組裝工藝，實現(xiàn)更徹底的無模組化。

其他廠商的CTP技術，依然是基于現(xiàn)有的電芯對布局重新設計，這導致電池組的尺寸控制依然會被電芯的規(guī)格所限制。而比亞迪的刀片電池由于形狀規(guī)整、排列簡單，電池組的尺寸可以直接實現(xiàn)電芯級的調整。

刀片電池也是一種磷酸鐵鋰電池，比亞迪針對刀片電池組進行了多項專門設計，以保證其低溫性能。

刀片電池組中全部采用了液冷式熱管理系統(tǒng)，在電芯的上下部分采用了大面積的保溫材料，以保證熱管理系統(tǒng)可以良好運作。在極片材料上，采用了納米化的磷酸鐵鋰通過減小材料粒徑縮短鋰離子的遷移路徑，改善了電池組的低溫功率性能。

刀片電池組在零下20度的環(huán)境下，依然可以保持常溫90%的放電能力。

刀片電池組實際上也是一種CTP方案，它的電池組內部直接就是一個個的電芯，并非直接放置在電池組中的，而是被各種連接件安裝、并通過特殊膠水固定的。這種用來固定電芯的膠水可以牢牢地將電芯固定在電池組中，同時起到一定的導熱、阻燃和緩沖效果，但相應地，電芯被黏在一起之后就很難再拆開。如果電池組中的單個電芯出現(xiàn)故障，就要直接更換整個電池組。而傳統(tǒng)的模組化電池組，就可以通過更換單個模組來維修，這無疑大大增加了采用刀片電池車型的電池故障維修成本。

刀片電池并沒有大家想象中的那么神秘，它本質上依舊是磷酸鐵鋰電池。但在結構上進行了大量的創(chuàng)新，從而實現(xiàn)了優(yōu)秀的安全性。刀片電池，關鍵就在于比亞迪的先進工藝，包括寬幅極片的制造、高速高精度的疊片工藝等等，這些是比亞迪的核心技術，磷酸鐵鋰材料不能滿足人們的續(xù)航需求時，刀片電池生產工藝或許也會被用來生產三元鋰電也說不定。