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深評(píng):從電池看新能源車快充走向何方
行業(yè)評(píng)論員
行業(yè)評(píng)論員
原創(chuàng) · 0瀏覽·2018-06-18 20:39
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[汽車之家 深評(píng)] 電動(dòng)汽車在使用中,消費(fèi)者最為擔(dān)心的還是充電時(shí)間和續(xù)航里程的問(wèn)題,,在目前的技術(shù)水平下,,充電時(shí)間與續(xù)航里程難以兼得,因此動(dòng)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,,主要是通過(guò)不斷的提高鋰離子電池的比能量,從而增加電動(dòng)汽車的續(xù)航里程,;第二種是專注減少充電時(shí)間的快充派,,主要是通過(guò)改善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)進(jìn)步和對(duì)鋰電池材料的深入研究,,快充技術(shù)曾經(jīng)遇到的難題可能也會(huì)一一迎刃而解。

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●《深評(píng)問(wèn)道》是什么,?

深評(píng)問(wèn)道》是汽車之家首個(gè)面向行業(yè)端用戶打造的節(jié)目,,特約汽車行業(yè)資深從業(yè)者執(zhí)筆,獨(dú)家解析/揭秘行業(yè)大事件,。除了熱鬧表象,,我們更想向您呈現(xiàn)對(duì)事物本質(zhì)、因果以及未來(lái)可能性的探究和思考,。


本期行業(yè)評(píng)論員——史晨星,,獨(dú)立評(píng)論人&投資人,專注新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈投資并購(gòu)及投后管理,,現(xiàn)任東旭集團(tuán)旭江科技總經(jīng)理,。


30秒讀懂全文:

綜合多方意見(jiàn),,可以定義充電倍率小于1.6C為慢充,1.6C-3C為小快充,,3C以上為快充,。
不同技術(shù)路線的快充型動(dòng)力電池各有優(yōu)劣,適用不同的新能源產(chǎn)品,。
三元快充電池適合乘用車,,鈦酸鋰等適合客車,鈦鈮氧化物或?qū)⑹强斐湫路较颉?br>目前快充型電池主要在客車領(lǐng)域應(yīng)用較多,,未來(lái)快充型動(dòng)力電池的消費(fèi)結(jié)構(gòu)將會(huì)向用車、專用物流車偏移,。

一,、如何理解快充?

要理解快充,,一個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)是逃不掉的——充放電倍率C,,可以簡(jiǎn)單理解為充、放電的速率,。鋰離子電池的充放電倍率,,決定了我們可以用多快的速度,將一定的能量存儲(chǔ)到電池里面,,或者以多快的速度,,將電池里面的能量釋放出來(lái),。

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根據(jù)2018年新能源汽車補(bǔ)貼政策,,充電倍率小于3C的屬于非快充類純電動(dòng)客車,充電倍率高于(含)3C則屬于快充類純電動(dòng)客車類,。但快充的補(bǔ)貼劃分只針對(duì)新能源客車,,無(wú)乘用車和物流車標(biāo)準(zhǔn)。

2018年快充類純電動(dòng)客車補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)
車輛類型

中央財(cái)政補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)

(元/kWh)

快充倍率

中央財(cái)政單車補(bǔ)貼上限(萬(wàn)元)
快充類純電動(dòng)客車 2100 3C-5C(含) 5C-15C(含) 15C以上 6<L≤8m 8<L≤10m L>10m
中央財(cái)政補(bǔ)貼調(diào)整系數(shù) 4 8 13
0.8 1 1.1

根據(jù)業(yè)界及寧德時(shí)代的定義,,電動(dòng)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(shí)間小于30分鐘的技術(shù)。筆者綜合多方意見(jiàn),,提出充電倍率小于1.6C為慢充,,1.6C-3C為小快充,3C以上為快充,。多數(shù)電動(dòng)乘用車都能達(dá)到“小快充”,,快充型客車的充電倍率則大部分集中在3C-5C。

如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅,,搖椅的兩端為電池的兩極,,而鋰離子就像優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)健將,,在搖椅的兩端來(lái)回奔跑。充電時(shí),,電池的正極上有鋰離子生成,,生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu),,它有很多微孔,,以供到達(dá)負(fù)極的鋰離子嵌入。嵌入的鋰離子越多,,充電容量越高,。

快充時(shí),鋰離子需要加速瞬時(shí)嵌入到負(fù)極,。這對(duì)負(fù)極快速接收鋰離子的能力挑戰(zhàn)很大,。普通化學(xué)體系的電池在快充時(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,。能量密度與功率密度,,在同一只電池中可以說(shuō)是顧此失彼的兩個(gè)方向。

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無(wú)論是國(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,一臺(tái)車裝載電量足夠大,,可以避免所謂“里程焦慮”,,對(duì)于快速充電的需求就會(huì)降低。但是,,電量大了,,如果成本沒(méi)有降下來(lái)也很難被市場(chǎng)接受。因此,,如果能在控制好電池成本的前提下,,用便捷的充電能力+適用的續(xù)航里程,就能極大緩解用戶焦慮,,這樣一來(lái)快充就有存在的價(jià)值,。

二、不同技術(shù)路線電池的快充應(yīng)用前景

充電的快慢和動(dòng)力電池,、充電樁,、電動(dòng)汽車整車、電網(wǎng)等整體技術(shù)和設(shè)計(jì)要求都息息相關(guān),,其中最大的影響因素還是在于電池,。我們具體來(lái)討論不同類型的動(dòng)力電池在快充技術(shù)方向上的應(yīng)用趨勢(shì)。各種正極材料幾乎都可以用來(lái)制造快充型電池,,但適用性和優(yōu)劣各不相同,。

1,、三元快充型電池更適用于電動(dòng)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(dǎo)電性能優(yōu)異,,但反應(yīng)活性太高,,因此對(duì)快充安全性提出了較大的挑戰(zhàn)。

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三元電池快充體系的代表企業(yè)有寧德時(shí)代,、比克等,。寧德時(shí)代研發(fā)了“超導(dǎo)電子網(wǎng)”和“快離子環(huán)”技術(shù),可實(shí)現(xiàn)15分鐘內(nèi)SOC從5%充電到85%,,能量密度190Wh/kg,,循環(huán)壽命超過(guò)2500次,主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槌擞密?,預(yù)計(jì)2018年內(nèi)具有批量生產(chǎn)的能力,。

比克今年5月最新推出的3.0高能芯通過(guò)引入硅系負(fù)極材料、高鎳正極材料,,以及專門開(kāi)發(fā)的電解液,其能量密度高達(dá)近250Wh/kg,,可實(shí)現(xiàn)500公里超長(zhǎng)續(xù)航里程,。通過(guò)充電策略設(shè)計(jì),有效縮短充電時(shí)間,,提高充電效率,。在極端的應(yīng)急模式下,充電10分鐘可行駛60公里,。

按照燃油車的使用習(xí)慣,,要實(shí)現(xiàn)充電時(shí)間在10-20分鐘以內(nèi)完全充滿電,充電倍率至少需要3-6C之間,。目前市面上的純電動(dòng)乘用車大多數(shù)是半小時(shí)到1小時(shí)充滿80%電量,,比以前兩三小時(shí)的充電時(shí)間已提升了不少,未來(lái)有望進(jìn)一步壓縮到20分鐘內(nèi),。

部分“小快充”車型列表
車企 車型 工況續(xù)航里程 充電模式 快充時(shí)間
北汽新能源 EU5 R550 520km 慢/快充 30min充80%
吉利 帝豪GSe 353km 慢/快充 30min充80%
比亞迪 宋EV400 360km 慢/快充 40min充80%
江淮 iEVA50 400km 慢/快充 90min充80%
長(zhǎng)安 CS15EV 300km 慢/快充 45min充80%
奇瑞 瑞虎3xe 480 400km 慢/快充 30min充80%
上汽 榮威Ei5 301km 慢/快充 40min充80%
制表:汽車之家行業(yè)評(píng)論員(據(jù)公開(kāi)資料整理)

2,、磷酸鐵鋰快充乘商均可用

磷酸鐵鋰在快充領(lǐng)域不具有先天優(yōu)勢(shì),從材料上看,,磷酸鐵鋰材料的本征電導(dǎo)率比較低,,僅為三元材料的百分之一,需要對(duì)磷酸鐵鋰材料進(jìn)行導(dǎo)電性優(yōu)化才能滿足快充的需求,。但磷酸鐵鋰的材料成本相對(duì)較低,,結(jié)合成熟的技術(shù)背景及穩(wěn)定的產(chǎn)品性能,有較為廣泛的應(yīng)用前景,,代表企業(yè)有寧德時(shí)代,、沃特瑪?shù)取?/p>

主要企業(yè)
技術(shù)路線 單體能量密度 裝配車型充電倍率
寧德時(shí)代 正極“超電子網(wǎng)技術(shù):采用涂碳鋁箔,,降低接觸內(nèi)阻,提升正極材料電子傳輸能力,;負(fù)極“快離子環(huán)”技術(shù):采用不同石墨負(fù)極顆?;旌希^高的孔隙率使保液量增大,,離子通道更多,,傳輸更快,倍率更好,。 150Wh/kg 3-5C
沃特瑪 正極使用粒徑100~300nm磷酸鐵鋰材料,,使鋰離子擁有更快的遷移速度,能夠更大倍率充放電,;負(fù)極采用粒徑更小的人造石墨進(jìn)行碳包覆,,小粒徑有利于鋰離子的脫離和嵌入。 130Wh/kg 3-5C
制表:汽車之家行業(yè)評(píng)論員 (據(jù)公開(kāi)資料整理)

受限于理論能量密度的極值限制,,磷酸鐵鋰未來(lái)在能量密度方面的發(fā)揮空間不大,。但對(duì)于客車、物流車,、專用車等商用車現(xiàn)已選用磷酸鐵鋰體系而言,,對(duì)于能量密度的提升并不是必須的,而快充則越來(lái)越體現(xiàn)出其重要性,。

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