1、不同技術(shù)路線電池的快充趨勢

在電動汽車的使用中，消費者最擔心的是充電時間和續(xù)航里程。在目前的技術(shù)水平下，很難同時擁有充電時間和續(xù)航里程。因此，動力電池發(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，從而增加電動汽車的續(xù)航里程。第二種是快充派，側(cè)重于減少充電時間，主要是通過提高鋰離子電池的快充性能，縮短電動汽車的充電時間。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)遇到的問題可能會一一解決。

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本期行業(yè)評論員——史晨星，獨立評論員&: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?！癫煌夹g(shù)路線的快充動力電池各有優(yōu)缺點，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。●目前快充電池主要應(yīng)用于乘用車領(lǐng)域。未來快充動力電池的消費結(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，一個技術(shù)術(shù)語是不可避免的——充放電速率C，可以簡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儲存到電池中或者從電池中釋放能量。

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

根據(jù)行業(yè)和當代安普瑞斯科技有限公司的定義，電動汽車快充是指充電電流大于1.6C的充電模式，即0%至80%充電時間小于30分鐘的技術(shù)。綜合各種觀點，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。大部分電動乘用車都能實現(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，鋰離子就像一個優(yōu)秀的運動員，在搖椅的兩端來回奔跑。充電時，電池正極產(chǎn)生鋰離子，產(chǎn)生的鋰離子通過電解液向負極移動。作為負極，碳具有層狀結(jié)構(gòu)，它具有許多微孔，供鋰離子到達負極嵌入。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，瞬間嵌入負極。這對負極快速接收鋰離子的能力提出了巨大的挑戰(zhàn)。普通化學系統(tǒng)的電池在快速充電時，負極會出現(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，在同一個電池中，可以說是兩個方向的權(quán)衡。

無論國家政策導(dǎo)向還是企業(yè)技術(shù)布局，普遍追求高能量密度。當動力電池的能量密度足夠高，汽車的負載足夠大時，就可以避免所謂的“里程焦慮”，對快速充電的需求就會降低。但是，如果成本不降低，就很難被市場接受。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

充電速度與動力電池、充電樁、電動汽車、電網(wǎng)等整體技術(shù)和設(shè)計要求密切相關(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力電池在快充技術(shù)方向的應(yīng)用趨勢。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)缺點是不同的。

1.三元快充電池更適合電動乘用車。

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)有當代安普瑞斯科技有限公司、Bike等。當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)域為乘用車，預(yù)計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250Wh/kg，可實現(xiàn)500公里的長續(xù)航里程。通過充電策略的設(shè)計，有效縮短了充電時間，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)燃油車的使用習慣，要在10-20分鐘內(nèi)給燃油車充滿電，充電速率至少要達到3-6C。目前市面上的純電動乘用車，大部分都是半小時到一小時充滿80%的電量，比之前的兩三個小時長很多，未來有望進一步壓縮到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。從材料角度來看，磷酸亞鐵鋰材料的本征電導(dǎo)率相對較低，僅為三元材料的百分之一，因此有必要對磷酸亞鐵鋰材料的電導(dǎo)率進行優(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)品的市場現(xiàn)狀及前景

3.錳酸鋰電池適用于插電式混合動力公交車。

錳酸鋰電池具有動力性能、放電倍率性能、低溫性能好、電壓頻率高等特點，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力客車領(lǐng)域的占比大幅提升，代表企業(yè)為中信國安夢古力、彭懿新能源、微動力。

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，負極采用多孔復(fù)合碳進一步提高快充性能，但安全性仍需重點關(guān)注和持續(xù)提升。

4.鈦酸鋰快充電池適用于純電動公交車。

鈦酸鋰動力電池以正極材料命名，負極材料為三元材料。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)界的認可。但目前鈦酸鋰存在兩個突出問題:一是能量密度相對較低。在政策和市場都在加大能量密度的壓力下，鈦酸鋰目前在整個動力電池市場的市場份額相對較低。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。但它缺點明顯，能量密度低，只有三元體系的一半左右。此外，由于價格昂貴，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)點是鈦鈮氧化物的理論容量約為280毫安時/克，而鈦酸鋰的理論容量為175毫安時/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2021年實現(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，是顛覆性的進步。新型電池具有能量密度高、充電效率高等優(yōu)點。充電6分鐘就能達到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)也存在爭議。石墨烯主要用作鋰電池的負極活性材料和導(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/三元鋰材料可以達到更好的快充效果。但是從綜合成本、工藝難度等指標來看，還是很有挑戰(zhàn)性的。

三.快充產(chǎn)品的市場前景

高能量密度、快充電、低價格是用戶最期待的理想動力電池產(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，動力電池最重要的五個指標，如倍率性能、能量密度、壽命、安全性和價格，都固定在一個相對穩(wěn)定的雷達圖中。任何一項指標改善，其他指標都會相對吃虧。

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

據(jù)電池中國數(shù)據(jù)顯示，2021年中國快充客車產(chǎn)量為6486輛，電池裝機容量達到597.52兆瓦時，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，電池裝機容量為480.68MWh；以5C-10C的速度，產(chǎn)量1715輛，電池裝機容量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，裝機容量571.54Mwh，占比95.65%。

從2021年四類動力電池出貨量來看，1.54GWh錳酸鋰部分用于插電式混合動力汽車，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力汽車，鈦鈮氧化物還是快充的一個新方向。