動力電池：爭鋒超充
時(shí)間:2023-09-01 08:13來源:電動汽車觀察家 作者:周信
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這是新近發(fā)生的變化——以往新能源汽車的發(fā)展歷程，對高比能動力電池的追求一直是主旋律。
1881年，古斯塔夫·特魯維發(fā)明了第一輛電動汽車，比燃油車更早。電動汽車卻在后續(xù)競爭中，被拋下近兩百多年，核心原因就是電池能量密度低、續(xù)航太短。
古斯塔夫發(fā)明的第一輛電動車比第一輛燃油車早5年
一直到2003年，特斯拉成立，大膽采用最新電池技術(shù)，研發(fā)大電量電池包。諸多車企、電池企業(yè)也一并努力，助推電池能量密度進(jìn)入上升通道。續(xù)航里程逐漸提高，跨過消費(fèi)者心理關(guān)口，新能源汽車才開始迎來快速發(fā)展。如今，在續(xù)航里程動輒達(dá)五六百公里，1000公里續(xù)航電動汽車也已經(jīng)面世的情況下，解決充電速度、發(fā)展快充技術(shù)便成為行業(yè)共同發(fā)力點(diǎn)。
也從前幾年開始，包括寧德時(shí)代、欣旺達(dá)動力等電池廠開始紛紛加大對快充電池產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)能投入的力度，車企如蔚來、小鵬等已經(jīng)開始應(yīng)用快充電池，并紛紛推出800V高壓快充平臺。
可以預(yù)見的是，隨著新能源汽車滲透率的普及，快充電池的需求還將繼續(xù)提升，而具備快充技術(shù)和產(chǎn)品的電池企業(yè)，將獲得巨大優(yōu)勢。
01
快充電池成潮流
8月中旬，寧德時(shí)代發(fā)布神行超充電池，是全球首款磷酸鐵鋰4C超充電池——實(shí)現(xiàn)了“充電10分鐘，續(xù)航400公里”的超快充速度，并達(dá)到700公里以上的續(xù)航里程。
欣旺達(dá)的全球首款量產(chǎn)“閃充電池”采用4C超級快充
而在4個(gè)月前，欣旺達(dá)動力率先發(fā)布了全球首款量產(chǎn) “閃充電池”，具有超快充、欣安全、抗低溫、特耐用等特點(diǎn)，支持電動汽車輕松續(xù)航1000公里，10分鐘充至80% SOC，讓充電像加油一樣快。
除了欣旺達(dá)和寧德時(shí)代，眾多電池企業(yè)也紛紛發(fā)布了各自的快充電池計(jì)劃。
同時(shí)，車企也迅速做出了反應(yīng)，于去年9月份上市的小鵬G9已應(yīng)用欣旺達(dá)動力超充電池1.0產(chǎn)品；阿維塔表示將首批搭載寧德時(shí)代神行超充電池；理想汽車表示首款純電動將搭載5C麒麟電池；搭載超快充電池的合創(chuàng)V09將在年內(nèi)上市。
快充電池已然成為車企爭相布局的焦點(diǎn)。華安證券預(yù)計(jì)，2025年快充類動力電池需求量約為350GWh，占國內(nèi)動力電池裝機(jī)量的59%，快充類動力電池加速滲透。
小鵬G9自研800V高壓平臺可以提供超充功能
同時(shí)，為應(yīng)對快充電池的快速發(fā)展，800V高電壓平臺車型及高壓大功率超充網(wǎng)絡(luò)正處于加速布局階段。
目前，比亞迪、極氪、東風(fēng)嵐圖、廣汽埃安、北汽極狐、長安、長城以及小鵬汽車、理想汽車、智己汽車等多家車企已相繼發(fā)布800V平臺架構(gòu)或規(guī)劃。
上述華安證券預(yù)計(jì)，2025年主流車型將均會支持高壓快充，到2026年，800V及以上高電壓平臺車型銷量預(yù)計(jì)可達(dá)580萬輛，占國內(nèi)電動汽車比例達(dá)50%。
可以說，快充已成為產(chǎn)業(yè)趨勢和潮流，快充動力電池的爆發(fā)，也將全面開啟新能源車的超充時(shí)代。
02
鋰電池怎么樣才能快充？
那么，鋰電池是如何實(shí)現(xiàn)快充，充電原理又是如何的呢？
鋰電池在充電時(shí)，正極釋放鋰離子，鋰離子通過電解液穿過隔膜，嵌入負(fù)極。同時(shí)，從正極釋放的電子也通過外電路達(dá)到負(fù)極，維持電化學(xué)的平衡。
因此，要做到快速充電，必須做到鋰離子能夠迅速從磷酸鐵鋰的正極脫出，繼而要迅速穿過電解液，再迅速嵌入到負(fù)極中。目前，各電池廠的快充技術(shù)路線基本上都是圍繞這三點(diǎn)而提升的，但各自的具體解決方案又不盡相同。
以寧德時(shí)代神行電池為例，其采用超電子網(wǎng)正極技術(shù)、納米化的磷酸鐵鋰正極材料，降低了鋰離子脫出阻力；對石墨表面進(jìn)行改性，增加了鋰離子嵌入通道并縮短嵌入距離；自研的超高導(dǎo)電解液配方和優(yōu)化超薄SEI膜加速了鋰離子達(dá)到負(fù)極的速度。
而欣旺達(dá)動力自進(jìn)入動力電池領(lǐng)域后，一度專注混動電池，也因此打下做快充電池的基礎(chǔ)，因?yàn)榛靹榆囆陀玫碾姵剌^少，且需要電池能在短時(shí)間內(nèi)承受大功率電流。這和純電動快充電池的需求一樣。欣旺達(dá)動力擁有快充專利布局38件，涉及電芯結(jié)構(gòu)、材料、工藝及設(shè)備等各個(gè)方面。也因此，欣旺達(dá)動力是第一個(gè)發(fā)布量產(chǎn)4C動力電池的企業(yè)。
在材料端，欣旺達(dá)動力自主設(shè)計(jì)的閃充硅材料技術(shù)，在石墨負(fù)極中加入硅材料活性因子，提升擴(kuò)散系數(shù)，讓鋰離子整個(gè)行程的傳輸速度更快。
電解液方面，其自主研發(fā)的新型硅基體系電解液技術(shù)，降低了電解液的粘度，增加了脫溶劑化能力，就像鋰離子以前是戴著鐐銬游泳，現(xiàn)在是一身輕松地游泳。
同時(shí)，欣旺達(dá)動力采用了高解離鋰鹽提高了電解液電導(dǎo)率，加快液相傳輸，就像在自行車上裝上了一個(gè)發(fā)動機(jī)；欣旺達(dá)動力這種電解液還與低阻抗添加劑聯(lián)用，降低界面阻抗，加強(qiáng)界面離子傳導(dǎo)，讓鋰離子從石子路上跑變成在瀝青路上跑，阻力更小了。
此外，欣旺達(dá)動力閃充電池，還采用其自主設(shè)計(jì)高安全中鎳正極，提升鋰離子的傳輸順暢程度，兼顧安全、低成本。
而在制造端，欣旺達(dá)動力擁有高精度的涂布和疊片技術(shù)，通過多腔體模頭，單條幅獨(dú)立供料，橫向重量極差可改善20%左右。其自研面密度閉環(huán)邏輯，自動化水平較高，高精度疊片可達(dá)100% CT檢測，保障0不良流出。
目前，欣旺達(dá)動力已經(jīng)量產(chǎn)供貨的是超充電池1.0產(chǎn)品。隨著上海車展新款閃充電池的發(fā)布后，明年，欣旺達(dá)動力還將推出閃充電池2.0，采用三元/石墨+硅負(fù)極體系，在保持快充速度的情況下，能量密度接近260wh/kg。
除了方殼電池，欣旺達(dá)動力也提供大圓柱快充電池。2024、2025和2026三年，欣旺達(dá)動力將分別推出支持800公里、1000公里和1200公里續(xù)航的大圓柱產(chǎn)品，能量密度大幅提升，同樣采用超快充方案。
03
為何要快充？
目前，國內(nèi)純電動車的平均續(xù)航里程為493公里，從省城市中心到地級市，300公里輻射圈內(nèi)基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋，出行里程焦慮大大減少。
隨著新能源汽車補(bǔ)貼政策的推出，價(jià)格更便宜的磷酸鐵鋰電池更受歡迎，且封裝改進(jìn)使磷酸鐵鋰得以觸及的600-800 公里續(xù)航，已與燃油車相當(dāng)。
因此，車企對續(xù)航不再極度追求，而是主打一個(gè)“夠用”，畢竟更大電池的成本最后還是由消費(fèi)者承擔(dān)。
快充已經(jīng)成為一輛新能源汽車的競爭優(yōu)勢
另外，隨著人們對電動汽車信心的增長，也開始開電動汽車跨城乃至長途自駕游，短時(shí)間的補(bǔ)電需求增長。
于是，在續(xù)航里程夠用的情況下，充電慢成為消費(fèi)者購買新能源汽車的痛點(diǎn)，也成為阻礙新能源汽車發(fā)展的難點(diǎn)。
破解之道目前來看唯有換電和超充。其中，以特斯拉、小鵬為代表的車企，堅(jiān)持快充路線，蔚來、上汽則是換電模式的代表。
早期換電模式的興起，主要還是因?yàn)槌潆娐译姵啬芰棵芏炔桓邔?dǎo)致續(xù)航不高，而換電能從根本上解決用戶焦慮，5分鐘換一塊滿電的電池基本上無限接近于燃油車加油的體驗(yàn)，這對于運(yùn)營電動車輛來說比較友善，比如上汽榮威Ei5換電車型、北汽EU300換電版。北汽新能源、蔚來也針對私人用戶推出了換電版本，但相對來說，個(gè)人用戶的群體還是較小。
此外，換電模式還存在兩個(gè)難點(diǎn)，其重資產(chǎn)運(yùn)營成本遠(yuǎn)大于建設(shè)充電站，盈利能力弱；換電模式的大規(guī)模普及，需要各車企開放換電底盤的接口，統(tǒng)一電池包形狀或者是對第三方開放電池技術(shù)參數(shù)，但這無疑是各家的利益所在。
因此，快充則成為新的希望。中國科學(xué)院歐陽明高院士曾在多個(gè)場合呼吁，解決充電的后顧之憂，需要更大功率的快充技術(shù)，超級快充是大勢所趨。
今年6月份，國務(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步構(gòu)建高質(zhì)量充電基礎(chǔ)設(shè)施體系的指導(dǎo)意見》指出，要加快推進(jìn)快速充換電、大功率充電、智能有序充電、無線充電、光儲充協(xié)同控制等技術(shù)研究。
各級政府也加快超充站的建設(shè)，鄭州計(jì)劃將自己打造成為“超充之城”，今年要建設(shè)5000個(gè)超充樁，深圳規(guī)劃到2035年要建成2000座超充站。
理想汽車5C超充樁
與此同時(shí)，各車企和充電樁企業(yè)也紛紛加速了超充站的建設(shè)。其中，蔚來雖然更熱衷于布置換電站，不過超充方面也沒有放棄，蔚來已經(jīng)在全國范圍內(nèi)布局約232座換電站，以及169座超充站，而且數(shù)字也還在不斷上升中。
而堅(jiān)持增程技術(shù)路線的理想企業(yè)也開始推出純電車型，并加速超充站的建設(shè)，計(jì)劃到2025年底建成超過3000座5C超級充電站，目前已建成并運(yùn)營37座。
今年3月份，小鵬汽車開始將S2超充站升級為S4超充站，計(jì)劃到2025年建成約2000個(gè)S4超快充服務(wù)站點(diǎn)。
在《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》中，換電和充電是并列的地位，換電模式前兩年發(fā)展比較火，但從今年開始，隨著超充技術(shù)的突破，快充補(bǔ)能的勢頭的更強(qiáng)勁。
顯然，快充將成為未來電動汽車市場的核心關(guān)鍵詞，對于動力電池企業(yè)而言，沒有快充，就沒有未來。
(責(zé)任編輯：子蕊)
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動力電池
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