1、不同技術(shù)路線電池的快充趨勢(shì)

在電動(dòng)汽車的使用中，消費(fèi)者最擔(dān)心的是充電時(shí)間和續(xù)航里程。在目前的技術(shù)水平下，很難同時(shí)擁有充電時(shí)間和續(xù)航里程。因此，動(dòng)力電池發(fā)展了兩條路線。一是關(guān)注續(xù)航里程比能，主要是通過不斷提高鋰離子電池的比能，從而增加電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。第二種是快充派，側(cè)重于減少充電時(shí)間，主要是通過提高鋰離子電池的快充性能，縮短電動(dòng)汽車的充電時(shí)間。隨著技術(shù)的發(fā)展和鋰電池材料研究的深入，快充技術(shù)遇到的問題可能會(huì)一一解決。

●什么是深度評(píng)論和提問？

《深度評(píng)論與問題》是為行業(yè)用戶打造的第一個(gè)專欄，專門由汽車行業(yè)資深從業(yè)者撰寫，專門分析/揭示行業(yè)重大事件。除了活潑的外表，我們想向你展示對(duì)事物的本質(zhì)、因果和未來可能性的探索和思考。

本期行業(yè)評(píng)論員——史晨星，獨(dú)立評(píng)論員&:投資人，專注于新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的投資、及投后管理，現(xiàn)任集團(tuán)旭江科技總經(jīng)理。

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●綜合意見，可以將充電速率小于1.6C定義為慢充，1.6C-3C定義為小快充，3C或以上定義為快充。●不同技術(shù)路線的快充動(dòng)力電池各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的新能源產(chǎn)品?！袢斐潆姵剡m用于乘用車、鈦酸鋰等合適的公交車，鈦鈮氧化物可能是快充的新方向?！衲壳翱斐潆姵刂饕獞?yīng)用于乘用車領(lǐng)域。未來快充動(dòng)力電池的消費(fèi)結(jié)構(gòu)將向整車和專用物流車轉(zhuǎn)移。

一、如何理解快充？

要理解快充，一個(gè)技術(shù)術(shù)語是不可避免的——充放電速率C，可以簡(jiǎn)單理解為充放電的速率。鋰離子電池的充放電速率決定了我們可以多快地將一定量的能量?jī)?chǔ)存到電池中或者從電池中釋放能量。

根據(jù)2021年新能源汽車補(bǔ)貼政策，充電率低于3C的屬于非快充純電動(dòng)公交車，充電率高于或包含3C的屬于快充純電動(dòng)公交車。但快充的補(bǔ)貼劃分只針對(duì)新能源公交車，對(duì)乘用車和物流車沒有標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)行業(yè)和當(dāng)代安普瑞斯科技有限公司的定義，電動(dòng)汽車快充是指充電電流大于1.6C的充電模式，即0%至80%充電時(shí)間小于30分鐘的技術(shù)。綜合各種觀點(diǎn)，筆者提出充電率小于1.6C為慢充，1.6C-3C為小快充，以上3C為快充。大部分電動(dòng)乘用車都能實(shí)現(xiàn)“小快充”，快充公交車的充電率大多集中在3C-5C。

如果我們形象地把鋰離子電池比作搖椅，搖椅的兩端就是電池的兩極，鋰離子就像一個(gè)優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)員，在搖椅的兩端來回奔跑。充電時(shí)，電池正極產(chǎn)生鋰離子，產(chǎn)生的鋰離子通過電解液向負(fù)極移動(dòng)。作為負(fù)極，碳具有層狀結(jié)構(gòu)，它具有許多微孔，供鋰離子到達(dá)負(fù)極嵌入。嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。

快充過程中，鋰離子需要加速，瞬間嵌入負(fù)極。這對(duì)負(fù)極快速接收鋰離子的能力提出了巨大的挑戰(zhàn)。普通化學(xué)系統(tǒng)的電池在快速充電時(shí)，負(fù)極會(huì)出現(xiàn)副產(chǎn)物，影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性。能量密度和功率密度，在同一個(gè)電池中，可以說是兩個(gè)方向的權(quán)衡。

無論國(guó)家政策導(dǎo)向還是企業(yè)技術(shù)布局，普遍追求高能量密度。當(dāng)動(dòng)力電池的能量密度足夠高，汽車的負(fù)載足夠大時(shí)，就可以避免所謂的“里程焦慮”，對(duì)快速充電的需求就會(huì)降低。但是，如果成本不降低，就很難被市場(chǎng)接受。因此，如果能很好地控制電池成本，利用便捷的充電容量和適用的續(xù)航里程，可以大大緩解用戶的焦慮，讓快充有存在的價(jià)值。

二、不同技術(shù)路線電池的快速充電應(yīng)用前景

充電速度與動(dòng)力電池、充電樁、電動(dòng)汽車、電網(wǎng)等整體技術(shù)和設(shè)計(jì)要求密切相關(guān)。，其中最大的影響因素是電池。我們具體討論了不同類型動(dòng)力電池在快充技術(shù)方向的應(yīng)用趨勢(shì)。幾乎所有種類的正極材料都可以用來制造快充電池，但它們的適用性和優(yōu)缺點(diǎn)是不同的。

1.三元快充電池更適合電動(dòng)乘用車。

三元電池因其高能量密度而備受關(guān)注。這種材料本身具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，但其反應(yīng)性太高，因此對(duì)快充的安全性提出了很大的挑戰(zhàn)。

三元電池快充系統(tǒng)的代表企業(yè)有當(dāng)代安普瑞斯科技有限公司、Bike等。當(dāng)代安普瑞斯科技有限公司開發(fā)了“超導(dǎo)電子網(wǎng)絡(luò)”和“快速離子環(huán)”技術(shù)，可在15分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)5%至85%的SOC充電，能量密度為190Wh/kg，循環(huán)壽命超過2500次。主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槌擞密?，預(yù)計(jì)2021年具備量產(chǎn)能力。

今年5月，BIC最新的3.0高能芯引入了硅基正極材料、高鎳正極材料和專門研發(fā)的電解液，其能量密度高達(dá)250Wh/kg，可實(shí)現(xiàn)500公里的長(zhǎng)續(xù)航里程。通過充電策略的設(shè)計(jì)，有效縮短了充電時(shí)間，提高了充電效率。在極端緊急模式下，充電10分鐘即可行駛60公里。

根據(jù)燃油車的使用習(xí)慣，要在10-20分鐘內(nèi)給燃油車充滿電，充電速率至少要達(dá)到3-6C。目前市面上的純電動(dòng)乘用車，大部分都是半小時(shí)到一小時(shí)充滿80%的電量，比之前的兩三個(gè)小時(shí)長(zhǎng)很多，未來有望進(jìn)一步壓縮到20分鐘以內(nèi)。

2.磷酸亞鐵鋰快速充電和騎手是可用的。

磷酸亞鐵鋰在快充領(lǐng)域沒有先天優(yōu)勢(shì)。從材料角度來看，磷酸亞鐵鋰材料的本征電導(dǎo)率相對(duì)較低，僅為三元材料的百分之一，因此有必要對(duì)磷酸亞鐵鋰材料的電導(dǎo)率進(jìn)行優(yōu)化，以滿足快充的需求。但磷酸亞鐵鋰中的材料成本相對(duì)較低，技術(shù)背景成熟，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，具有廣闊的應(yīng)用前景。代表企業(yè)有當(dāng)代安普瑞斯科技有限公司、沃特馬等。

受理論能量密度極限的限制，磷酸亞鐵鋰能量密度的未來發(fā)展并不大空。但對(duì)于乘用車、物流車、專用車等商用車，采用的是磷酸亞鐵鋰系統(tǒng)，并不是提高能量密度所必須的，而快速充電越來越顯示出其重要性。

2、快充類產(chǎn)品的市場(chǎng)現(xiàn)狀及前景

3.錳酸鋰電池適用于插電式混合動(dòng)力公交車。

錳酸鋰電池具有動(dòng)力性能、放電倍率性能、低溫性能好、電壓頻率高等特點(diǎn)，在三元體系上游原材料暴漲的情況下，錳酸鋰的成本優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯。然而，能量密度和高溫性能仍有待提高。近年來，錳酸鋰快充電池在插電式混合動(dòng)力客車領(lǐng)域的占比大幅提升，代表企業(yè)為中信國(guó)安夢(mèng)古力、彭懿新能源、微動(dòng)力。

但錳酸鋰電池的高溫循環(huán)性能并不好，正極摻雜可以提高錳酸鋰電池的高溫性能，但改性后的錳酸鋰材料不再是原來的錳酸鋰?！岸嘟M分復(fù)合材料”是工業(yè)上常用的材料。正極采用三元材料和錳酸鋰混合體系，負(fù)極采用多孔復(fù)合碳進(jìn)一步提高快充性能，但安全性仍需重點(diǎn)關(guān)注和持續(xù)提升。

4.鈦酸鋰快充電池適用于純電動(dòng)公交車。

鈦酸鋰動(dòng)力電池以正極材料命名，負(fù)極材料為三元材料。珠海銀隆、魏宏電力、天津衛(wèi)玠是典型的企業(yè)。從性能上看，鈦酸鋰電池具有優(yōu)異的低溫性能、良好的安全性和循環(huán)利用性能，其倍率性能作為快充電池也得到了業(yè)界的認(rèn)可。但目前鈦酸鋰存在兩個(gè)突出問題:一是能量密度相對(duì)較低。在政策和市場(chǎng)都在加大能量密度的壓力下，鈦酸鋰目前在整個(gè)動(dòng)力電池市場(chǎng)的市場(chǎng)份額相對(duì)較低。其次，由于鈦、鎳、鈷等高成本小金屬材料的影響，鈦酸鋰電池的成本明顯高于其他系統(tǒng)。

鈦酸鋰電池在循環(huán)壽命上明顯優(yōu)于其他快充電池，這是由材料本身的特性決定的，即“零應(yīng)變”特性。但它缺點(diǎn)明顯，能量密度低，只有三元體系的一半左右。此外，由于價(jià)格昂貴，目前大部分用于快充母線，迫切需要尋找更高電壓的陰極材料和配套電解液來解決這一缺陷。

5.快速充電的新方向——鈦鈮氧化物陽極材料

鈦鈮氧化物是在鈦酸鋰的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其主要優(yōu)點(diǎn)是鈦鈮氧化物的理論容量約為280毫安時(shí)/克，而鈦酸鋰的理論容量為175毫安時(shí)/克。

2021年10月，東芝正式宣布成功研發(fā)出新一代車用鋰離子電池，預(yù)計(jì)2021年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。電池采用鈦鈮氧化物材料，與目前三元、磷酸亞鐵鋰等技術(shù)相比，是顛覆性的進(jìn)步。新型電池具有能量密度高、充電效率高等優(yōu)點(diǎn)。充電6分鐘就能達(dá)到90%的電量，可行駛320公里。目前鋰電池充電到80%的電量平均需要30分鐘。

此外，“石墨烯電池”的概念一直炙手可熱，但業(yè)內(nèi)也存在爭(zhēng)議。石墨烯主要用作鋰電池的負(fù)極活性材料和導(dǎo)電添加劑。就單次快充容量而言，使用石墨烯作為導(dǎo)電劑或者用石墨烯包覆磷酸亞鐵鋰/三元鋰材料可以達(dá)到更好的快充效果。但是從綜合成本、工藝難度等指標(biāo)來看，還是很有挑戰(zhàn)性的。

三.快充產(chǎn)品的市場(chǎng)前景

高能量密度、快充電、低價(jià)格是用戶最期待的理想動(dòng)力電池產(chǎn)品。然而，“你不能既有蛋糕又吃它”。在現(xiàn)有的鋰離子電池體系下，動(dòng)力電池最重要的五個(gè)指標(biāo)，如倍率性能、能量密度、壽命、安全性和價(jià)格，都固定在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的雷達(dá)圖中。任何一項(xiàng)指標(biāo)改善，其他指標(biāo)都會(huì)相對(duì)吃虧。

目前，快充動(dòng)力電池主要應(yīng)用于新能源公交車，因?yàn)槠鋵?duì)城市和受眾單位的選擇性較強(qiáng)，即有相對(duì)資金支持的城市或單位更青睞快充電池公交車。但從市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿砜?，未來乘用車和專用物流車的增速和市?chǎng)規(guī)模將高于客車，因此未來快充動(dòng)力電池的消費(fèi)結(jié)構(gòu)將向這兩類車型轉(zhuǎn)移。

據(jù)電池中國(guó)數(shù)據(jù)顯示，2021年中國(guó)快充客車產(chǎn)量為6486輛，電池裝機(jī)容量達(dá)到597.52兆瓦時(shí)，占新能源客車總數(shù)的6%。其中，快充客車產(chǎn)品最高充電率為6.42C以3C-5C的速度，產(chǎn)量為4771輛，電池裝機(jī)容量為480.68MWh；以5C-10C的速度，產(chǎn)量1715輛，電池裝機(jī)容量116.84MWh目前快充公交車的快充速度主要在3C和5C之間。電池類型方面，2021年快充客車電池材料以鈦酸鋰為主，裝機(jī)容量571.54Mwh，占比95.65%。

從2021年四類動(dòng)力電池出貨量來看，1.54GWh錳酸鋰部分用于插電式混合動(dòng)力汽車，部分滿足小型快充要求，16GWh三元電池汽車部分滿足小型快充要求。整體來看，三元快充電池適用于乘用車，磷酸亞鐵鋰、鈦酸鋰等快充電池適用于乘用車，錳酸鋰快充電池適用于插電式混合動(dòng)力汽車，鈦鈮氧化物還是快充的一個(gè)新方向。