電動汽車在使用中，消費者最為擔心的還是充電時間和續(xù)航里程的問題，在目前的技術水平下福咙，充電時間與續(xù)航里程難以兼得，因此動力電池也就發(fā)展出了兩條路線，一種是專注續(xù)航里程的比能量派丢胚，主要是通過不斷的提高鋰離子電池的比能量，從而增加電動汽車的續(xù)航里程;第二種是專注減少充電時間的快充派受扳，主要是通過改善鋰離子電池的快充性能携龟，縮短電動汽車的充電時間兔跌。隨著技術進步和對鋰電池材料的深入研究，快充技術曾經(jīng)遇到的難題可能也會一一迎刃而解峡蟋。
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本期行業(yè)評論員——史晨星夸楣，獨立評論人&投資人，專注新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈投資并購及投后管理如麦，現(xiàn)任東旭集團旭江科技總經(jīng)理忱确。
30秒讀懂全文：
●綜合多方意見，可以定義充電倍率小于1.6C為慢充聂挚，1.6C-3C為小快充唐耿，3C以上為快充。
●不同技術路線的快充型動力電池各有優(yōu)劣菱泻，適用不同的新能源產(chǎn)品囤嗡。
●三元快充電池適合乘用車，鈦酸鋰等適合客車肉扁，鈦鈮氧化物或將是快充新方向缤滑。
●目前快充型電池主要在客車領域應用較多，未來快充型動力電池的消費結構將會向用車避揍、專用物流車偏移瘸卦。
一、如何理解快充?
要理解快充蔓嚷，一個專業(yè)術語是逃不掉的——充放電倍率C柳锣，可以簡單理解為充、放電的速率雕蔽。鋰離子電池的充放電倍率折柠，決定了我們可以用多快的速度，將一定的能量存儲到電池里面批狐，或者以多快的速度扇售，將電池里面的能量釋放出來。
根據(jù)2018年新能源汽車補貼政策嚣艇，充電倍率小于3C的屬于非快充類純電動客車承冰，充電倍率高于(含)3C則屬于快充類純電動客車類。但快充的補貼劃分只針對新能源客車，無乘用車和物流車標準困乒。
根據(jù)業(yè)界及寧德時代的定義寂屏，電動汽車快充是指充電電流大于1.6C的充電方式，也就是從0%充電到80%時間小于30分鐘的技術娜搂。筆者綜合多方意見迁霎，提出充電倍率小于1.6C為慢充，1.6C-3C為小快充百宇，3C以上為快充考廉。多數(shù)電動乘用車都能達到“小快充”，快充型客車的充電倍率則大部分集中在3C-5C水搀。
如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅涛帐，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就像優(yōu)秀的運動健將衣剂，在搖椅的兩端來回奔跑缘赋。充電時，電池的正極上有鋰離子生成惊派，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。作為負極的碳呈層狀結構竣楼，它有很多微孔送服，以供到達負極的鋰離子嵌入。嵌入的鋰離子越多亲堂，充電容量越高炼杉。
快充時，鋰離子需要加速瞬時嵌入到負極假棉。這對負極快速接收鋰離子的能力挑戰(zhàn)很大踢漏。普通化學體系的電池在快充時負極會出現(xiàn)副產(chǎn)物，影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性久橙。能量密度與功率密度俄占，在同一只電池中可以說是顧此失彼的兩個方向。
無論是國家政策導向還是企業(yè)技術布局淆衷，普遍追求高能量密度缸榄。當動力電池的能量密度足夠高，一臺車裝載電量足夠大祝拯，可以避免所謂“里程焦慮”甚带，對于快速充電的需求就會降低。但是佳头，電量大了鹰贵，如果成本沒有降下來也很難被市場接受。因此，如果能在控制好電池成本的前提下碉输，用便捷的充電能力+適用的續(xù)航里程瑞筐，就能極大緩解用戶焦慮，這樣一來快充就有存在的價值腊瑟。
二聚假、不同技術路線電池的快充應用前景
充電的快慢和動力電池、充電樁僚尚、電動汽車整車骂妻、電網(wǎng)等整體技術和設計要求都息息相關，其中最大的影響因素還是在于電池原堂。我們具體來討論不同類型的動力電池在快充技術方向上的應用趨勢篡氯。各種正極材料幾乎都可以用來制造快充型電池，但適用性和優(yōu)劣各不相同斗退。
1即耕、三元快充型電池更適用于電動乘用車
三元電池因其有較高的能量密度更受到重視，材料本身導電性能優(yōu)異菠昼，但反應活性太高克导，因此對快充安全性提出了較大的挑戰(zhàn)。
三元電池快充體系的代表企業(yè)有寧德時代脯砚、比克等肪斗。寧德時代研發(fā)了“超導電子網(wǎng)”和“快離子環(huán)”技術，可實現(xiàn)15分鐘內SOC從5%充電到85%魁胁，能量密度190Wh/kg共螺，循環(huán)壽命超過2500次，主要應用領域為乘用車情竹，預計2018年內具有批量生產(chǎn)的能力藐不。
比克今年5月最新推出的3.0高能芯通過引入硅系負極材料、高鎳正極材料秦效，以及專門開發(fā)的電解液雏蛮，其能量密度高達近250Wh/kg，可實現(xiàn)500公里超長續(xù)航里程棉安。通過充電策略設計底扳，有效縮短充電時間，提高充電效率贡耽。在極端的應急模式下衷模，充電10分鐘可行駛60公里。
按照燃油車的使用習慣蒲赂，要實現(xiàn)充電時間在10-20分鐘以內完全充滿電阱冶，充電倍率至少需要3-6C之間刁憋。目前市面上的純電動乘用車大多數(shù)是半小時到1小時充滿80%電量，比以前兩三小時的充電時間已提升了不少能眠，未來有望進一步壓縮到20分鐘內嫁潦。
2、磷酸鐵鋰快充乘商均可用
磷酸鐵鋰在快充領域不具有先天優(yōu)勢糖窃，從材料上看近殖，磷酸鐵鋰材料的本征電導率比較低，僅為三元材料的百分之一烦优，需要對磷酸鐵鋰材料進行導電性優(yōu)化才能滿足快充的需求菱砚。但磷酸鐵鋰的材料成本相對較低，結合成熟的技術背景及穩(wěn)定的產(chǎn)品性能萤掷，有較為廣泛的應用前景理促，代表企業(yè)有寧德時代、沃特瑪?shù)取?/p>
制表：汽車之家行業(yè)評論員 (據(jù)公開資料整理)
受限于理論能量密度的極值限制焊轴，磷酸鐵鋰未來在能量密度方面的發(fā)揮空間不大控栓。但對于客車、物流車相梭、專用車等商用車現(xiàn)已選用磷酸鐵鋰體系而言辽乎，對于能量密度的提升并不是必須的，而快充則越來越體現(xiàn)出其重要性足绅。
3捷绑、錳酸鋰電池適用于插電式混動客車
錳酸鋰電池具備功率性能、放電倍率性能氢妈、低溫性能好，電壓頻率高的特點段多，且在三元上游原材料瘋漲的態(tài)勢下首量，錳酸鋰的成本優(yōu)勢正在逐步突顯。但在能量密度进苍、高溫性能等方面仍然需要提升加缘。近年來，錳酸鋰快充電池在插電式混動客車領域占比增長顯著觉啊，代表企業(yè)為中信國安盟固利拣宏、億鵬新能源、微宏動力杠人。
然而勋乾，錳酸鋰電池在高溫條件下循環(huán)性能欠佳，通過正極摻雜可以改善錳酸鋰電池高溫性能嗡善，但改性后的錳酸鋰材料已非“原來的錳酸鋰”了帕侦。業(yè)內常用“多元復合材料”，正極采用三元材料和錳酸鋰混合體系，負極則采用多孔復合碳磷砌，進一步提升快充的性能币遮，但安全性仍然需要重點關注并不斷提升改進。
4粒删、鈦酸鋰快充電池適用于純電動客車
鈦酸鋰動力電池是以負極材料命名躏印，正極采用三元材料，以珠海銀隆屁诬、微宏動力笋俭、天津捷威為典型企業(yè)。從性能來看潭鞭，鈦酸鋰電池的低溫性能優(yōu)越朗夺、安全性和循環(huán)使用性能較好，作為快充電池的倍率性能也得到業(yè)界的肯定汤笋。但是鈦酸鋰目前突出的問題有兩點：其一背哎，能量密度相對較低，在政策砚哗、市場均要求不斷提升能量密度的壓力下龙助，當前鈦酸鋰的市場份額在整個動力電池市場中占比較低。其二蛛芥，受高成本的小金屬材料如鈦提鸟、鎳、鈷的影響仅淑，鈦酸鋰電池成本明顯要高于其他體系称勋。
鈦酸鋰電池在循環(huán)壽命方面明顯優(yōu)于其他體系快充型電池，這因材料本身特性涯竟，即“零應變”特性決定赡鲜。但其劣勢明顯，能量密度較低庐船，能量密度只有三元體系的一半左右银酬。再加之價格偏高，目前大多是在快充公交上應用筐钟，后續(xù)亟需尋求更高電壓的正極材料及匹配電解液來解決此缺陷揩瞪。
5、快充新方向——鈦鈮氧化物負極材料
鈦鈮氧化物是基于鈦酸鋰的基礎上研發(fā)產(chǎn)生的咳讲，主要優(yōu)勢在于相對于鈦酸鋰理論容量175mAh/g慕怀，鈦鈮氧化物的理論容量在280mAh/g左右。
2017年10月藤门，東芝官方宣布已成功研發(fā)新一代車用鋰離子電池欺划，有望在2019年商用轿侍。該電池采用鈦鈮氧化物材料，相對目前三元邦碾、磷酸鐵鋰等技術皿腾，實現(xiàn)顛覆性進步。新電池具備能量密度高坠袄、充電效率快等優(yōu)點索廊，只需充電6分鐘就能達到90%的電量，可行駛320公里耻债。目前鋰電池平均需30分鐘才能充至80%電量政辕。
此外，“石墨烯電池”的概念一直比較火熱吩猴，但行業(yè)內也存在爭議淹遵。在鋰電池中應用，石墨烯主要做負極活性材料和導電添加劑负溪。單就快充能力來看透揣，采用石墨烯作為導電劑，或用石墨烯包覆磷酸鐵鋰/三元鋰材料川抡，能達到較好快充效果辐真。但綜合成本、工藝難度等指標來看崖堤，仍有很大挑戰(zhàn)性侍咱。
三、快充產(chǎn)品市場前景
能量密度高密幔，充電快楔脯，價格便宜，這是用戶最期待的理想型動力電池產(chǎn)品胯甩。然而“魚與熊掌不可兼得”淤年，在現(xiàn)有的鋰離子電池體系下，倍率性能蜡豹、能量密度、壽命笨迂、安全性摄李、價格等動力電池最重要的五個指標都固定在比較穩(wěn)定的雷達圖里面，提高任何一個指標捍彼，其他的指標相對來說都會受到損失墅萌。
目前快充動力電池主要應用于新能源客車，因其對城市及受眾單位選擇性強蒜猎，即有相對財力支持的城市或單位肄酬，比較傾向于快充型電池客車陈售。但從市場發(fā)展?jié)摿砜矗磥沓擞密囅院丁Ｓ梦锪鬈嚨脑鏊偌笆袌鲆?guī)模將高于客車伦颠，因此未來快充型動力電池的消費結構將會向這兩類車型偏移。
根據(jù)電池中國數(shù)據(jù)件塌，2017年我國快充客車產(chǎn)量6486輛侮杆，電池裝機量達597.52MWh，占新能源客車總量的6%漱凝。其中疮蹦，快充客車產(chǎn)品充電倍率最高為6.42C。倍率在3C-5C車型產(chǎn)量為4771輛茸炒，電池裝機量為480.68MWh;倍率在5C-10C車型產(chǎn)量為1715輛愕乎，電池裝機量為116.84MWh。目前快充客車快充倍率主要集中在3C-5C之間壁公。從電池類型來看感论，2017年快充客車的電池材料主要以鈦酸鋰為主，裝機量為571.54Mwh贮尖，占比95.65%笛粘。
根據(jù)2017年4種類型動力電池出貨量，1.54GWh錳酸鋰部分用于插電式混動汽車湿硝，部分滿足小快充要求薪前，16GWh三元電池汽車部分滿足小快充要求。整體來看关斜，三元快充電池適合乘用車示括，磷酸鐵鋰、鈦酸鋰等快充電池適合客車痢畜，錳酸鋰快充電池適合插電式混動汽車叛始，鈦鈮氧化物或是快充新方向。
