锂電池作爲(wéi / wèi)儲能關鍵器件，是(shì)決定電化學儲能進步的(de)“中樞”。面向未來(lái)十年乃至更長的(de)周期，一(yī / yì ／yí)條“長坡厚雪”巨大(dà)賽道(dào)正在(zài)全面開啓。
高工産業研究院（GGII） 數據顯示，預計2025年，全球儲能電池出(chū)貨量将超500GWh，到(dào)2030年，儲能電池出(chū)貨量将達到(dào)2300GWh，市場規模将超3萬億。
巨大(dà)的(de)市場需求開啓的(de)同時(shí)，行業也(yě)開始呼喚更貼合儲能場景的(de)專用電池。通過針對性的(de)正向開發符合儲能應用場景電池産品，就(jiù)成爲(wéi / wèi)目前産業界的(de)共同方向。
與動力電池産品過去幾年更側重于(yú)能量密度的(de)提升所不(bù)同，儲能電池目前最爲(wéi / wèi)關注的(de)性能焦點是(shì)“循環壽命”，這(zhè)也(yě)是(shì)當下電池企業産品比拼的(de)關鍵指标。
這(zhè)其中的(de)邏輯不(bù)難理解，儲能電池更長的(de)循環壽命，就(jiù)意味着更低的(de)全生命周期度電成本。
數據顯示，當儲能電池循環壽命提升到(dào)10000次，儲能成本将降至1000元/ kWh以(yǐ)下，扣除充放電損耗和(hé / huò)折舊，度電成本将低于(yú)0.16元。顯而(ér)易見的(de)是(shì)，電池使用壽命的(de)增加，可以(yǐ)帶來(lái)儲能系統在(zài)全生命周期度電成本的(de)降低。
正是(shì)圍繞于(yú)市場的(de)核心需求點，儲能電池企業都在(zài)加大(dà)投入開發循環壽命更長的(de)電芯，不(bù)少企業已經開發出(chū)循環壽命10000次甚至12000次的(de)儲能電芯。
但放眼全行業，儲能電池企業目前的(de)産品開發中，對于(yú)終端市場最爲(wéi / wèi)關注的(de)循環壽命性能方面，還面臨不(bù)小的(de)挑戰：
一(yī / yì ／yí)是(shì)電池産品設計的(de)循環壽命還無法達到(dào)客戶需求，亟待開發更長循環壽命的(de)電池。目前除少數頭部企業外，大(dà)部分電池企業的(de)産品循環壽命隻能達到(dào)5000~6000次，如何進一(yī / yì ／yí)步提升産品循環壽命，是(shì)其最爲(wéi / wèi)緊迫的(de)需求。
二是(shì)對于(yú)電池壽命的(de)預測不(bù)準确，實際生産的(de)電芯循環壽命與設計的(de)相差甚遠，尤其是(shì)會出(chū)現循環跳水等問題，直接引發了(le／liǎo)客戶的(de)不(bù)滿和(hé / huò)投訴。據了(le／liǎo)解，不(bù)少儲能電芯出(chū)廠時(shí)的(de)可用能量和(hé / huò)實際的(de)偏差超過20~30%。
作爲(wéi / wèi)中國(guó)電芯仿真設計工具領域的(de)代表企業，易來(lái)科得敏銳地(dì / de)洞察到(dào)行業痛點需求，并針對電池壽命衰減問題提出(chū)了(le／liǎo)“電芯壽命回溯助力長壽命電芯設計”解決方案，旨在(zài)通過一(yī / yì ／yí)攬子(zǐ)精細實驗設計和(hé / huò)機理仿真模拟工作，快速錨定原有設計循環壽命不(bù)達标的(de)根因；進一(yī / yì ／yí)步通過仿真正向設計方法優化提升電芯壽命性能，協助電池企業最終實現可靠的(de)長壽命電池産品交付。
易來(lái)科得CEO 陳新虹博士介紹，該方案可以(yǐ)針對現有電芯的(de)設計壽命達不(bù)到(dào)使用需求的(de)痛點問題進行回溯，并針對電芯壽命回溯結果的(de)解析，通過壽命仿真優化電芯壽命不(bù)達标的(de)關鍵影響因子(zǐ)，從而(ér)提升電芯壽命。以(yǐ)此爲(wéi / wèi)行業提供更好、更快、更省的(de)解決方案。
電池壽命不(bù)達标關鍵因素回溯
對于(yú)大(dà)多數儲能電池企業而(ér)言，在(zài)産品開發中面臨的(de)最大(dà)挑戰之(zhī)一(yī / yì ／yí)，是(shì)無法精準快速定位電芯壽命不(bù)達标的(de)關鍵因素。這(zhè)直接影響到(dào)電池設計。
在(zài)這(zhè)背後，核心原因在(zài)于(yú)，影響電池老化的(de)因素非常複雜，包括設計、生産、使用多個(gè)維度，涉及的(de)因素和(hé / huò)變量非常多。
與此同時(shí)，電池背後的(de)老化機理也(yě)同樣非常複雜，涵蓋了(le／liǎo)結構變化、相變、金屬熔解、粘結劑分解、導電劑氧化、集流體腐蝕、電解液分解、SEI膜成膜及增厚、堵孔、析锂、産氣等。
如此多的(de)變量和(hé / huò)背後機理，如何找到(dào)他(tā)們彼此之(zhī)前的(de)相互關聯性，這(zhè)對于(yú)電池壽命的(de)針對性設計開發至關重要(yào / yāo)。
根據易來(lái)科得的(de)電芯壽命回溯解決方案，先要(yào / yāo)通過老化機理實驗診斷影響電芯壽命的(de)關鍵因素，再進一(yī / yì ／yí)步通過仿真驅動設計大(dà)幅提升電芯壽命。
對此，第一(yī / yì ／yí)步是(shì)要(yào / yāo)找到(dào)設計、生産、使用環節的(de)變量與電池老化機理之(zhī)間的(de)因果量化關系。針對影響電池老化的(de)因素，建立一(yī / yì ／yí)套全面科學的(de)失效分析流程。
針對于(yú)此，易來(lái)科得創新性的(de)提出(chū)要(yào / yāo)結合“無損分析”+“有損分析”的(de)方式，全面且高效的(de)剖析電芯壽命問題。
無損分析包括小倍率重放電曲線、EIS測試、電芯ICA/DVA測試、電芯電壓及内阻、電芯外觀、電芯尺寸、電芯CT圖等環節。有損分析包括電極滿充界面、電芯機械件檢查、電解液殘留量及顔色、内部卷芯形變确認、陰陽極厚度測量、電解液成分、正負極EDS等環節。
基于(yú)無損分析實驗與有損分析實驗的(de)充分結合，可以(yǐ)進行單機理的(de)表征實驗。
爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)加速壽命實驗的(de)高效進行，易來(lái)科得通過選取合适的(de)外界應力範圍，在(zài)不(bù)超過濫用邊界，保證加速老化結果是(shì)在(zài)有效範圍的(de)前提下，盡可能縮短壽命實驗周期。
電池的(de)外界應力包括充放電倍率、上(shàng)下限電壓、環境溫度等因素，應力過低和(hé / huò)過高都會導緻異常老化，應力水平偏低，會老化慢，實驗時(shí)間長，因此，采用合理的(de)應力範圍非常關鍵。
基于(yú)無損分析和(hé / huò)有損分析的(de)一(yī / yì ／yí)系列實驗結果，将得到(dào)的(de)相關數據進行具體解析，從而(ér)就(jiù)能得到(dào)影響電池壽命的(de)相關表征的(de)關聯度。
例如，通過電芯的(de)外觀判斷電芯是(shì)否存在(zài)漏液，通過電芯直徑/厚度變化确定電芯産氣及膨脹情況；通過BOL/EOL電芯小倍率容量測試結果，判斷活性材料和(hé / huò)活性锂是(shì)否發生損失，以(yǐ)及不(bù)可逆活性锂損失的(de)準确值；通過電芯循環前後的(de)CT圖判斷卷芯形态變化，同時(shí)判斷電極是(shì)否褶皺，若出(chū)現嚴重褶皺則會導緻析锂及活性物質失去電接觸，從而(ér)惡化電芯的(de)壽命。
這(zhè)樣一(yī / yì ／yí)來(lái)，通過全面科學的(de)失效分析流程、合理高效的(de)壽命加速實驗以(yǐ)及準确有效的(de)機理實驗設計及測試驗證。就(jiù)能對于(yú)電池壽命進行完整的(de)追溯和(hé / huò)分析。
易來(lái)科得的(de)方案通過采用“雙軌并行”的(de)模式，從設計、生産、使用角度出(chū)發，準确映射到(dào)相應老化機理，進而(ér)歸因至電池壽命衰減的(de)兩大(dà)主要(yào / yāo)外特性表現——容量損失及内阻增加，以(yǐ)科學的(de)機理+工程方法明晰影響電芯壽命的(de)複雜響應機制。
精準定位關鍵影響因素（如析锂、電解液幹涸、堵孔）
通過高精度單機理驗證實驗定位到(dào)電芯壽命衰減中的(de)問題根源，同時(shí)也(yě)可以(yǐ)通過老化模型構建的(de)方式雙線驗證電芯壽命衰減問題，進一(yī / yì ／yí)步協助客戶優化現有設計方案。
陳新虹表示，實驗回溯分析電芯壽命問題的(de)價值在(zài)于(yú)，一(yī / yì ／yí)是(shì)通過合理的(de)實驗設計及加速老化方法，快速準确地(dì / de)完成電芯的(de)壽命問題回溯，定位關鍵影響因子(zǐ)。二是(shì)通過優化關鍵影響因子(zǐ)，解決用戶的(de)設計問題，最終達到(dào)提升電芯壽命的(de)目的(de)。
電池壽命仿真預測
除了(le／liǎo)快速精準定位電芯壽命不(bù)達标的(de)關鍵因素，對于(yú)電池企業而(ér)言，長壽命電芯開發過程中另外一(yī / yì ／yí)個(gè)最大(dà)的(de)挑戰在(zài)于(yú)，如何精準地(dì / de)預測電池壽命。針對此，易來(lái)科得同樣給出(chū)了(le／liǎo)一(yī / yì ／yí)套創新的(de)解決方案。
高工锂電獲悉，目前，電池企業對于(yú)電池壽命預測主要(yào / yāo)通過經驗公式、數據驅動黑箱模型以(yǐ)及等效電路模型(ECM)等方法。
但上(shàng)述方法面臨着明顯的(de)局限性：
一(yī / yì ／yí)是(shì)難以(yǐ)捕捉到(dào)電池老化過程中的(de)重要(yào / yāo)特征現象。
例如，電池壽命後期突然發生的(de)容量跳水、電池負極表面析锂及帶來(lái)的(de)電解液的(de)耗幹等，而(ér)這(zhè)些現象對于(yú)迅速捕捉電池容量的(de)陡峭變化及時(shí)更新BMS算法、在(zài)線故障診斷、預防電池安全事故等，以(yǐ)及可能的(de)梯次利用場景等，都具有重要(yào / yāo)價值。
二是(shì)無法建立電池設計方案與其壽命表現之(zhī)間的(de)相關關系，從而(ér)無法爲(wéi / wèi)面向長壽命的(de)電池設計與工藝改進提供指導意見。
在(zài)此背景下，電池企業就(jiù)需要(yào / yāo)更專業、更準确的(de)電池壽命預測方案來(lái)支持其長壽命電池的(de)開發。
陳新虹向高工锂電表示，更爲(wéi / wèi)精準的(de)電池老化預測和(hé / huò)設計方案，不(bù)僅需要(yào / yāo)考慮包括SEI成膜與膜厚增加、析锂、孔結構堵塞、産氣、電解液消耗、界面阻抗增加在(zài)内的(de)多種老化機理。
更爲(wéi / wèi)重要(yào / yāo)的(de)還要(yào / yāo)建立一(yī / yì ／yí)套精準的(de)老化機理模型，在(zài)數理上(shàng)，實現各類機理與電化學偏微分方程組耦合求解，在(zài)幾何上(shàng)，在(zài)多孔電極真實物理模型中定位不(bù)同老化現象發生的(de)微觀位置，從而(ér)對電池的(de)老化過程進行定量精準預測，從而(ér)再給出(chū)面向電池壽命提升的(de)電極與電芯層面設計改進方案。
耦合電化學-熱模型的(de)老化機理模型
而(ér)易來(lái)科得提供的(de)解決方案，就(jiù)實現了(le／liǎo)這(zhè)樣的(de)功能。其包含了(le／liǎo)通過化學形态分析的(de)析锂檢測方法及通過電性能測試檢測析锂的(de)方法，并擁有科學完整的(de)析锂定性及定量表征機制。可以(yǐ)創新性地(dì / de)協助用戶理解電芯老化過程中的(de)複雜機理。
同時(shí)，基于(yú)耦合電化學-熱模型的(de)老化機理模型，可以(yǐ)快速爲(wéi / wèi)用戶提供高精度電池老化預測結果（誤差10%以(yǐ)内）和(hé / huò)更有效的(de)長壽命電池設計方案。
陳新虹表示，建立老化機理模型價值在(zài)于(yú)，一(yī / yì ／yí)是(shì)通過建立設計與壽命表現的(de)仿真工具，幫助企業不(bù)斷提高長壽命電池的(de)設計能力；二是(shì)獲取準确的(de)壽命衰減曲線，捕捉電芯衰減跳水點。三是(shì)幫助客戶解析電池老化的(de)衰減機理，四是(shì)單機理實驗驗證其對老化的(de)影響程度，五是(shì)識别對壽命影響的(de)關鍵因子(zǐ)，針對性地(dì / de)進行設計優化延長電池壽命。
通過建立老化機理模型，易來(lái)科得以(yǐ)實驗結合仿真的(de)機制協助企業不(bù)斷提升長壽命電池的(de)設計能力。通過解決方案的(de)實施，客戶不(bù)僅能夠獲取準确的(de)壽命衰減曲線，預測電池容量衰減速率拐點，進而(ér)得到(dào)精細解析的(de)電池老化衰減機理，最終識别對壽命影響的(de)關鍵因子(zǐ)，針對性地(dì / de)進行設計優化延長電池壽命。
高工儲能認爲(wéi / wèi)，面向快速向前的(de)儲能産業，大(dà)幅提高電芯壽命已成爲(wéi / wèi)行業重要(yào / yāo)發展方向，以(yǐ)此觀察，易來(lái)科得的(de)“電芯壽命回溯助力長壽命電芯設計”解決方案，通過正向設計思路，展現出(chū)智能化設計在(zài)效率、準确性、成本等方面的(de)明顯優勢，将成爲(wéi / wèi)電池企業進行電芯開發的(de)重要(yào / yāo)選擇，并将成爲(wéi / wèi)儲能産業持續發展的(de)重要(yào / yāo)技術支撐。
