快充技術本身是個好技術， 但目前限制較多。 目前來看， 主流的客戶卻希望用夜間時間充電， 只有10%左右的客戶因為充電場站不足， 會選擇快充的方式。 未來快充動力電池市場依然存在剛需， 但規模短時間內起不來。
在今年三月召開的兩會上， 人大代表、合肥公交黨支部副書記李祥斌提到， “作為新能源汽車的重要陣地， 公車電池的續航能力不容樂觀。 由於電池體積大、充電慢、儲存電量少等因素， 制約了新能源公車快速發展。 希望國家可以增加投入， 在鋰電池快充技術上加快研發力度， 提升公車續航能力。
事實上， 提升動力電池的能量密度和快充性能， 被認為是當前解除消費者續航里程焦慮問題的可行路徑。 所謂快充， 就是在極短時間之內將電池電量充滿。 電動汽車快充是指充電電流大於1.6C的充電方式， 也就是說從0%充電到80%時間小於30分鐘。 目前， 行業內已有多家電池企業對快充展開佈局。
多家企業佈局電池快充技術
截至目前， 包括鈦酸鋰、多元複合鋰和磷酸鐵鋰在內的多種技術路線已經在國內快充市場上展開激烈的拉鋸戰， 從性能來看幾種技術路線各有優劣。 據瞭解， 目前已經有電池企業號稱自己的快充技術已可以做到8C甚至10C， 這就意味著搭載該電池的電動車最快6分鐘即可將電池充滿， 優勢非常明顯。
只不過， 儘管快充技術優勢明顯， 但實際上快充電池應用始終不太理想， 多局限在新能源客車領域。 有車企負責人表示， “快充客車車型很難推， 今年上半年基本推不動。 ”在非快充電池能量密度迅速提升、成本大幅下降的行業背景下， 有人甚至認為快充電池將成為名副其實的雞肋產品，
快充電池技術日趨完善
總體來看， 目前主流的快充電池技術主要分為三類， 即是鈦酸鋰快充電池、錳酸鋰快充電池、磷酸鐵鋰及三元快充電池。 其中， 鈦酸鋰動力電池是以負極材料命名， 正極採用三元材料， 以珠海銀隆、微宏動力為典型代表。 從性能來看， 鈦酸鋰電池低溫性能優越、安全性和迴圈使用性較好， 充電倍率高。
但是鈦酸鋰目前突出的問題有兩點：首先， 能量密度相對較低， 在政策、市場均要求不斷提升能量密度的壓力下， 鈦酸鋰的市場前景堪憂；其次， 受高成本小金屬材料如鈦、鎳以及鈷的影響， 鈦酸鋰電池成本明顯要高於其他快充技術路線。 截止目前，
珠海銀隆鈦酸鋰快充電池
錳酸鋰快充電池具備功率性能優、放電倍率性能高、低溫性能好， 電壓頻率高等突出的特點， 且在三元上游原材料瘋漲的態勢下， 錳酸鋰的成本優勢正在逐步突顯。
據瞭解， 此前微宏動力發佈的MpCO電池採用了高容量高功率錳酸鋰正極材料， 單體能量密度達到170wh/kg， 可實現15分鐘快充， 在保持快充與長壽命能力的基礎上， 相比鈦酸鋰更具成本優勢。 但錳酸鋰的缺點也很明顯， 如迴圈壽命不夠長， 能量密度低、高溫性能等方面仍然需要實現突破等。
微宏動力歐洲展出的MpCO快充電池
基於上述情況，有企業將研發方向轉向成本較低、安全性較強的磷酸鐵鋰材料。經過不斷嘗試，通過晶粒細化、表面碳包覆、晶胞元素摻雜等手段對磷酸鐵鋰進行改性，成功提高了磷酸鐵鋰的導電性能，使傳統的磷酸鐵鋰材料具備了快充屬性。其特點是技術成熟、成本低廉、安全性較好、能量密度適中。
除磷酸鐵鋰外，多元複合材料也成為快充電池的探索方向，三元材料便是其中最重要的嘗試。三元材料快充電池主要通過負極的碳基材料改性，增加了負極碳基材料的孔隙，使鋰離子遷移和嵌入的通道數量大幅增加。通過高比能量的材料搭配，使三元電池產品在滿足快充的前提下，能量密度也得到提升。
前不久，電動汽車大功率充電試點專題研討會在甯德成功召開。會議期間，CATL向參會代表展示了採用“超級鐵鋰+高能量密度快充石墨”體系的超級鐵鋰電池充電過程。該產品容量為60Ah，可進行5C充電，演示過程用時7分12秒，就完成20%至80%的充電，而完成100%充電，僅耗時13分8秒。
據瞭解，CATL超級鐵鋰電池5C速充型產品系統能量密度在70Wh/kg以上，3C高能型產品在115Wh/kg以上，迴圈壽命達10000次。此外，CATL開發的三元體系快充電池，實現15分鐘內從5%充電到85%，能量密度190Wh/kg，迴圈壽命達2500次。未來在保證4C快充前提下，能量密度升至210Wh/kg。
寧德時代超級鐵鋰電池“快離子環”技術
CATL快充電池專案負責人王升威博士表示，在石墨負極表面，CATL採用了獨到的“快離子環”技術，相當於在石墨的表面打造出一圈高速跑道，大大提高了鋰離子在石墨層的嵌入速度，使修飾後的石墨兼具超級快充能力和高能量密度的特性，具備4-5C快充能力，實現 10-15分鐘快速充電。
綜合來看，磷酸鐵鋰及三元快充電池是在技術最為成熟的電池體系內進行的優化和潛力挖掘，工藝及材料成本相對較低，再結合成熟的技術背景及穩定的產品性能，磷酸鐵鋰及三元快充電池發展潛力更大。據悉，CATL開發的能量密度190Wh/kg、15分鐘滿充的電池已具備批量生產能力，將應用于乘用車。
截止目前，快充動力電池主要應用於新能源客車領域。但從市場發展方向來看，未來乘用車的增速及市場規模將高於客車。因此，未來快充類動力電池的消費結構也將會向這類車型偏移。而綜合三類快充動力電池的性能來看，磷酸鐵鋰及三元系或將最終脫穎而出，成為未來快充市場，特別是乘用車的主流。
規模化推廣應用尚需時日
然而，在與眾多新能源車企的接觸中可知，具備諸多優勢的快充電池技術在實際應用中似乎並不很受“待見”。業內人士分析認為，快充電池不受待見原因主要有三方面：1、快充電池技術不夠成熟；2、建快充充電站很難，對電網衝擊較大；3、快充電池成本高，採用能量型動力電池更加實惠。
“目前常規的鋰電池都可實現快充，但電池容量會迅速衰減失效。而只有經過特別設計的快充電池才能夠勝任電動車的高強度使用。”業內人士提到，快充造成電池的不可逆容量損失，續航變少，電池以及線路溫度升高，壽命降低等，如果長期使用快充技術，在極端的情況下，很有可能導致安全事故。
王升威提到，現階段大部分電芯廠是通過增大電流的方式來實現快充的，大電流下電池及充電系統的發熱量也大，對車輛的熱管理系統也是很大的挑戰，提高熱管理的效率，探索直接冷卻在車上的使用，及非車載冷卻系統等均是可能的挑戰。同時需要解決充電時材料微觀膨脹和崩塌、電解液分解等難題。
快充會影響電網的穩定性？
而在充電方面，快充的功率可達350kW，這對現有電網暫態負擔很大，可能會影響電網的穩定性。同時，由於充電設施的設計及鋪設的滯後可能對快充推廣帶來負面影響。快充充電樁要麼建在起點，要麼建在終點。若城市規劃不清楚，初始建網站、充電設施配套都是政府和運營商較難以決斷的問題。
除此之外，道路運營商通常不拒絕使用快充車輛，但談到價格滿臉不情願，因為快充動力電池價格比磷酸鐵鋰電池要貴。隨著電池電流和電壓的升高，對車載的電力電子的功率器件是新的挑戰。而由於技術的限制，只有部分國外的廠商能提供相關產品，這涉及到專利及整車成本提升，是車企最不願看到的。
“時間是有機會成本的，節約充電時間非常重要。從導向來說，研發快充動力電池是沒問題的。”成都興能總裁蔣文春表示，當前快充電池單位成本比較高，這個會在發展過程當中解決，隨著快充電池能量密度提高，單位成本將隨之降低。與此同時，隨著城市規劃水準的提高，將更利於快充充電設施建設。
而在此前財政部、工信部、科技部、發改委四部委發佈了《關於調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》中，對於非快充類新能源客車、乘用車以及商用車的系統能量密度做出了具體要求，而對非快充類車型僅要求充電倍率需要大於3C。由此可見，政策對於快充電池的門檻還是比較低的。
目錄對快充客車僅有3C倍率要求
“要真正實現新能源車的市場化推廣，讓消費者更加放心、便捷地使用新能源車，發展高安全、快充、長壽命的電池技術是必然趨勢。首先，安全是我們需要考慮的問題。其次電池需要具備快充能力才可滿足消費者的機動性需求，有效緩解用戶的里程焦慮。”微宏動力市場總監宋寒提到。
而據瞭解，微宏動力錳酸鋰快充電池、珠海銀隆鈦酸鋰電池在新能源客車領域均已有成熟的應用。而CATL超級鐵鋰快充產品已批量用在商用車領域，已有2600餘台搭載CATL超級快充產品的電動大巴在運行。而CATL用於乘用車的三元快充技術，目前已能實現350公里續航、15分鐘內完成充電，已與多家乘用車企業洽談合作。
而對於未來快充動力電池的市場走向，CATL市場總監楊琦的觀點比較客觀：“快充技術本身是個好技術，但目前限制較多。目前來看，主流的客戶(90%)是希望用夜間電的，只有10%左右的客戶因為充電場站不足，可能會選擇快充的方式。未來快充動力電池市場依然存在剛需，但規模在短時間內大不起來。”
文/動力電池網
微宏動力歐洲展出的MpCO快充電池
基於上述情況，有企業將研發方向轉向成本較低、安全性較強的磷酸鐵鋰材料。經過不斷嘗試，通過晶粒細化、表面碳包覆、晶胞元素摻雜等手段對磷酸鐵鋰進行改性，成功提高了磷酸鐵鋰的導電性能，使傳統的磷酸鐵鋰材料具備了快充屬性。其特點是技術成熟、成本低廉、安全性較好、能量密度適中。
除磷酸鐵鋰外，多元複合材料也成為快充電池的探索方向，三元材料便是其中最重要的嘗試。三元材料快充電池主要通過負極的碳基材料改性，增加了負極碳基材料的孔隙，使鋰離子遷移和嵌入的通道數量大幅增加。通過高比能量的材料搭配，使三元電池產品在滿足快充的前提下，能量密度也得到提升。
前不久，電動汽車大功率充電試點專題研討會在甯德成功召開。會議期間，CATL向參會代表展示了採用“超級鐵鋰+高能量密度快充石墨”體系的超級鐵鋰電池充電過程。該產品容量為60Ah，可進行5C充電，演示過程用時7分12秒，就完成20%至80%的充電，而完成100%充電，僅耗時13分8秒。
據瞭解，CATL超級鐵鋰電池5C速充型產品系統能量密度在70Wh/kg以上，3C高能型產品在115Wh/kg以上，迴圈壽命達10000次。此外，CATL開發的三元體系快充電池，實現15分鐘內從5%充電到85%，能量密度190Wh/kg，迴圈壽命達2500次。未來在保證4C快充前提下，能量密度升至210Wh/kg。
寧德時代超級鐵鋰電池“快離子環”技術
CATL快充電池專案負責人王升威博士表示，在石墨負極表面，CATL採用了獨到的“快離子環”技術，相當於在石墨的表面打造出一圈高速跑道，大大提高了鋰離子在石墨層的嵌入速度，使修飾後的石墨兼具超級快充能力和高能量密度的特性，具備4-5C快充能力，實現 10-15分鐘快速充電。
綜合來看，磷酸鐵鋰及三元快充電池是在技術最為成熟的電池體系內進行的優化和潛力挖掘，工藝及材料成本相對較低，再結合成熟的技術背景及穩定的產品性能，磷酸鐵鋰及三元快充電池發展潛力更大。據悉，CATL開發的能量密度190Wh/kg、15分鐘滿充的電池已具備批量生產能力，將應用于乘用車。
截止目前，快充動力電池主要應用於新能源客車領域。但從市場發展方向來看，未來乘用車的增速及市場規模將高於客車。因此，未來快充類動力電池的消費結構也將會向這類車型偏移。而綜合三類快充動力電池的性能來看，磷酸鐵鋰及三元系或將最終脫穎而出，成為未來快充市場，特別是乘用車的主流。
規模化推廣應用尚需時日
然而，在與眾多新能源車企的接觸中可知，具備諸多優勢的快充電池技術在實際應用中似乎並不很受“待見”。業內人士分析認為，快充電池不受待見原因主要有三方面：1、快充電池技術不夠成熟；2、建快充充電站很難，對電網衝擊較大；3、快充電池成本高，採用能量型動力電池更加實惠。
“目前常規的鋰電池都可實現快充，但電池容量會迅速衰減失效。而只有經過特別設計的快充電池才能夠勝任電動車的高強度使用。”業內人士提到，快充造成電池的不可逆容量損失，續航變少，電池以及線路溫度升高，壽命降低等，如果長期使用快充技術，在極端的情況下，很有可能導致安全事故。
王升威提到，現階段大部分電芯廠是通過增大電流的方式來實現快充的，大電流下電池及充電系統的發熱量也大，對車輛的熱管理系統也是很大的挑戰，提高熱管理的效率，探索直接冷卻在車上的使用，及非車載冷卻系統等均是可能的挑戰。同時需要解決充電時材料微觀膨脹和崩塌、電解液分解等難題。
快充會影響電網的穩定性？
而在充電方面，快充的功率可達350kW，這對現有電網暫態負擔很大，可能會影響電網的穩定性。同時，由於充電設施的設計及鋪設的滯後可能對快充推廣帶來負面影響。快充充電樁要麼建在起點，要麼建在終點。若城市規劃不清楚，初始建網站、充電設施配套都是政府和運營商較難以決斷的問題。
除此之外，道路運營商通常不拒絕使用快充車輛，但談到價格滿臉不情願，因為快充動力電池價格比磷酸鐵鋰電池要貴。隨著電池電流和電壓的升高，對車載的電力電子的功率器件是新的挑戰。而由於技術的限制，只有部分國外的廠商能提供相關產品，這涉及到專利及整車成本提升，是車企最不願看到的。
“時間是有機會成本的，節約充電時間非常重要。從導向來說，研發快充動力電池是沒問題的。”成都興能總裁蔣文春表示，當前快充電池單位成本比較高，這個會在發展過程當中解決，隨著快充電池能量密度提高，單位成本將隨之降低。與此同時，隨著城市規劃水準的提高，將更利於快充充電設施建設。
而在此前財政部、工信部、科技部、發改委四部委發佈了《關於調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》中，對於非快充類新能源客車、乘用車以及商用車的系統能量密度做出了具體要求，而對非快充類車型僅要求充電倍率需要大於3C。由此可見，政策對於快充電池的門檻還是比較低的。
目錄對快充客車僅有3C倍率要求
“要真正實現新能源車的市場化推廣，讓消費者更加放心、便捷地使用新能源車，發展高安全、快充、長壽命的電池技術是必然趨勢。首先，安全是我們需要考慮的問題。其次電池需要具備快充能力才可滿足消費者的機動性需求，有效緩解用戶的里程焦慮。”微宏動力市場總監宋寒提到。
而據瞭解，微宏動力錳酸鋰快充電池、珠海銀隆鈦酸鋰電池在新能源客車領域均已有成熟的應用。而CATL超級鐵鋰快充產品已批量用在商用車領域，已有2600餘台搭載CATL超級快充產品的電動大巴在運行。而CATL用於乘用車的三元快充技術，目前已能實現350公里續航、15分鐘內完成充電，已與多家乘用車企業洽談合作。
而對於未來快充動力電池的市場走向，CATL市場總監楊琦的觀點比較客觀：“快充技術本身是個好技術，但目前限制較多。目前來看，主流的客戶(90%)是希望用夜間電的，只有10%左右的客戶因為充電場站不足，可能會選擇快充的方式。未來快充動力電池市場依然存在剛需，但規模在短時間內大不起來。”
文/動力電池網