中國儲能網(wǎng)訊：近年來，我國純電動汽車產(chǎn)銷量同步增長，2021年分別完成294.2萬輛和291.6萬輛，同比分別增長約1.7倍和1.6倍。據(jù)統(tǒng)計，截至2021年年底，全國新能源汽車保有量約784萬輛。其中，純電動汽車保有量640萬輛左右，約占新能源汽車總保有量的81.6%。
機構(gòu)預(yù)計，2022年國內(nèi)新能源汽車保有量有望超1400萬輛，按現(xiàn)有占比計算的話，純電動汽車保有量或?qū)⑼黄?100萬輛。然而，隨著國內(nèi)純電動汽車滲透率的逐年提高，保有量的大幅提升，使得補能焦慮，尤其是長途中的補能焦慮已成為車主們關(guān)注的核心問題。
政策端，國家已在積極推動緩解純電動汽車的補能問題。
2020年，充電設(shè)施作為七大“新基建”之一首次被寫入政府工作報告。而在2021年的政府工作報告中，明確提出要增加充電樁、換電站等設(shè)施。后續(xù)還提出了實現(xiàn)純電動汽車與電網(wǎng)的協(xié)同互動;對公共充電樁建設(shè)給予財政支持等諸多新政。
市場端，龐大的補能需求催生出巨大市場空間的同時，也推動了不同補能模式的進步。
換電模式在《蟄伏已久的換電，今年或許真的不一樣》一文中已探討過，本文僅圍繞另一個補能方式——超級快充，進行分析。
受政策和市場導(dǎo)向影響，包括動力電池企業(yè)、汽車企業(yè)等在內(nèi)的各方參與者競相布局超充領(lǐng)域，但技術(shù)路徑卻不盡相同。
眾所周知，P(功率)=U(電壓)×I(電流)，那么，提高電動車單位時間內(nèi)的充電功率，就需要提高作用于動力電池的輸入電壓和電流。
因此，發(fā)展超充技術(shù)目前有兩個方向：一是大電流直流超充，二是高電壓直流超充，通過加大電流或提升電壓，從而提高充電功率。
其中，大電流直流超充方案，目前屬于少數(shù)派陣營。以特斯拉為典型代表，其V3超充樁最大輸出電流接近520A。
雖然V3的峰值充電功率可達250kW，但從車主們實際使用情況來看，基本上在電量5%-20%時才能達到峰值充電功率。當電量超過20%后，充電功率則會逐漸下降。在電量30%-90%時，充電優(yōu)勢并不明顯。也就是說它是一個先快后慢的充電過程。
在安全隱患方面，以線束為例，加大了輸入電流，通常需要更粗的線束，以防線束過熱導(dǎo)致熔斷事故。雖然目前，在充電樁端，V3超充樁采用循環(huán)水冷等技術(shù)用于線束降溫，使V3較上一代V2超充樁線束更細，緩解充電時線束溫度過高問題，但如果再進一步大幅加大輸入電流，仍然面臨線束需要加粗，導(dǎo)致成本提高和使用不便等問題。而在汽車端，線束加粗難度則更大。由于線束橫截面積增大，使其剛度增強、難以彎曲，不僅在車內(nèi)難以布局，而且可能在遭遇碰撞后刺入駕駛艙，造成危險。
再者，業(yè)內(nèi)認為，520A已逼近充電電流上限，進一步提升的空間較為有限。
因此，使用高電壓平臺和與之配套的超級充電樁，是目前多數(shù)派陣營看好的主要方向。高電壓平臺是指整車三電系統(tǒng)工作電壓，從當前主流的200-400V平臺，提升至800-1000V高壓平臺，通過提高電壓，從而提高充電功率。
相較大電流超充方案，高電壓超充不易造成上述產(chǎn)熱和線束隱患。相較400V平臺，800-1000V高壓平臺，可以提升動力電池能量使用效率。
車型方面，自保時捷Taycan成為首款量產(chǎn)的800V平臺電動車后，國內(nèi)外眾多車企在去年紛紛宣布入場，包括比亞迪、吉利極氪、北汽極狐、廣汽埃安、東風嵐圖等國內(nèi)車企，以及現(xiàn)代、通用、大眾、奔馳等國外車企，均已跟進800V高壓平臺配套車型，部分有望在2022年起實現(xiàn)量產(chǎn)。
要適應(yīng)800-1000V高電壓平臺，對于所有的用電部件，都是系統(tǒng)性的提升。涉及到汽車用電部件的升級迭代，首當其沖的就是動力電池。
據(jù)了解，保時捷Taycan可把最大充電功率提升到350kW，在22.5分鐘內(nèi)實現(xiàn)容量為93.4kWh的動力電池從5%到80%的補能，提供300km 續(xù)航。800V高壓平臺搭配350kW超級充電樁所能實現(xiàn)的充電速度，相比目前常見的120kW充電樁將大幅提升。
目前，制約高電壓平臺動力電池的主要因素在于，高電壓超充容易導(dǎo)致動力電池正極材料、電解液界面的穩(wěn)定性降低，引起副反應(yīng)的增加，進而影響鋰離子電池的工作性能和循環(huán)周期。
但是，縱有重重難關(guān)，作為全球動力電池行業(yè)發(fā)展的主要策源地之一，中國多家頭部動力電池企業(yè)包括寧德時代、孚能科技、蜂巢能源、欣旺達等，都在就這一技術(shù)積極研發(fā)創(chuàng)新。
具體來看，電池的充電速度主要取決于鋰離子的脫嵌和遷移速率，當采用800V高電壓平臺后，充電倍率最大可達6C(目前普遍為2C以下)。在高充電倍率下，鋰離子脫嵌和遷移的速率加快，部分鋰離子來不及進入正負極，易形成副產(chǎn)物，導(dǎo)致活性物質(zhì)損失，加速電池壽命衰減。且析鋰現(xiàn)象容易加劇，所產(chǎn)生的鋰枝晶一旦刺穿隔膜，將導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，造成起火等安全風險。
有鑒于此，動力電池企業(yè)從多個方面開拓攻關(guān)。
正極材料方面，蜂巢能源的前驅(qū)體定向生長精準控制技術(shù)，通過控制前驅(qū)體合成參數(shù)，一次粒徑放射狀生長，打造離子遷移“高速公路”，提高離子傳導(dǎo)速度。
還有，廣汽埃安石墨烯電池，將石墨烯與鎳鈷錳酸鋰三元正極材料混合制成，由石墨烯形成一個近似球面的三維結(jié)構(gòu)，與三元正極分子結(jié)合，增大相互之間傳遞電荷的面積，從而提升電荷傳遞效率，將充電速度提升。
負極材料方面，是充電倍率突破的重點方向。寧德時代在負極石墨的表面，利用“快離子環(huán)”技術(shù)讓石墨結(jié)構(gòu)兼具超級快充和高能量密度的特性，使石墨層增加鋰離子嵌入速度后可達4C-5C的超充能力，相當于15分鐘完成主要的充電過程;蜂巢能源推出的負極表面改性技術(shù)，采用液相包覆技術(shù)在石墨表面包覆無定形碳，降低阻抗，提升了鋰離子通道工作效率。
電解液方面，以提高導(dǎo)電率且不與正負極反應(yīng)為主攻方案，同時能夠抗高溫、阻燃、防過充。寧德時代通過調(diào)控極片多孔結(jié)構(gòu)的梯度分布，實現(xiàn)上層高孔隙率結(jié)構(gòu)，下層高壓實密度結(jié)構(gòu)等。蜂巢能源則采用含硫添加劑/鋰鹽添加劑等低阻抗添加劑體系電解液，降低正負極界面成膜阻抗，從而提高電解液導(dǎo)電率。
此外，還可以通過改善制漿、涂布等生產(chǎn)工藝，提高電池倍率性能。
從技術(shù)成果來看，較早布局的寧德時代，2019年宣布其超充技術(shù)僅需15分鐘可將SOC從8%增加到80%。結(jié)合超充型電芯產(chǎn)品，可實現(xiàn)電動車充電5分鐘，續(xù)航150km。
孚能科技于2021年已率先發(fā)布800VTC超充超壓技術(shù)，也是國內(nèi)首個宣布可量產(chǎn)的800V高壓平臺，預(yù)計2022年10月將正式進入量產(chǎn)階段。該平臺技術(shù)可達2.7C，整包充電等效2.2C。SOC 10%到80%充電僅需15分鐘，高于當下的充電速度。據(jù)介紹，其下一代產(chǎn)品技術(shù)可將這一過程縮短至7分鐘。
蜂巢能源為其短刀電池全品類已可以提供包括蜂速4C快充技術(shù)，面向800V電池系統(tǒng)，可以提供適應(yīng)800V高壓平臺的高效熱管理技術(shù)、冷蜂熱阻隔技術(shù)。
車型方面，搭載寧德時代電池的長安阿維塔首款車型，支持200kW超充。小鵬G9 SUV以800V高壓碳化硅+480kW超充技術(shù)作為一大優(yōu)勢，亮相去年年底車展，成為國內(nèi)首款基于800V高壓碳化硅平臺的量產(chǎn)車。據(jù)介紹，可實現(xiàn)“充電5分鐘，續(xù)航200km”。有媒體報道，小鵬G9 SUV動力電池A供為欣旺達4C超充技術(shù)電池。
另外，為充分發(fā)揮800V高壓平臺超充技術(shù)優(yōu)勢，廣汽埃安、小鵬汽車等企業(yè)已開始加速鋪設(shè)最大功率480kw高壓超充樁。
現(xiàn)階段，國內(nèi)補能仍將是“超充”+“換電”2種模式并行推進的格局。不管哪種，逼近燃油車加油速度是繞不開的目標，對于頭部動力電池企業(yè)而言，在技術(shù)研發(fā)積累曲線下，能夠真正滿足市場快速充電需求的產(chǎn)品，要想實現(xiàn)量產(chǎn)還有很長一段路要走。
