中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在未來(lái)，實(shí)現(xiàn)快充技術(shù)普惠性降本、并通過(guò)車(chē)網(wǎng)互動(dòng)減少電網(wǎng)壓力，將成為快充賽道的競(jìng)爭(zhēng)重點(diǎn)與發(fā)展方向。
從上海車(chē)展來(lái)看，快充技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外中高端純電車(chē)型標(biāo)配。
最為抓人眼球的當(dāng)為造車(chē)新勢(shì)力。理想首款純電車(chē)型搭載了寧德時(shí)代4C麒麟電池，充電10分鐘增加400公里續(xù)航。蔚來(lái)ES6的800V車(chē)型僅需12分鐘充電10%-80% SOC。小鵬G6全系標(biāo)配800V高壓快充，實(shí)現(xiàn)5分鐘補(bǔ)能超200公里。
此外，傳統(tǒng)車(chē)企的新能源汽車(chē)品牌，如長(zhǎng)安深藍(lán)、阿維塔、仰望、騰勢(shì)、智己、嵐圖等普遍支持3C-4C快充。廣汽自研的電池可應(yīng)用于6C快充場(chǎng)景。
國(guó)際品牌如起亞EV6、現(xiàn)代IONIQ 5、奧迪Urbansphere、寶馬iX1等車(chē)型也開(kāi)始以高壓、大功率快充作為主打亮點(diǎn)。
預(yù)計(jì)2023 年起 3C及以上快充將成為主流車(chē)型標(biāo)配，同時(shí)車(chē)企加快導(dǎo)入800V高壓平臺(tái)，至2025年主流車(chē)型將均會(huì)支持高壓快充。
車(chē)企紛紛認(rèn)可快充并導(dǎo)入車(chē)型標(biāo)配的邏輯在于：當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外主力電動(dòng)乘用車(chē)?yán)m(xù)航普遍突破600公里，高端車(chē)型突破1000公里，消費(fèi)者續(xù)航焦慮逐步化解，但隨之而來(lái)的，是愈發(fā)緊迫的補(bǔ)能便捷性需求。
另一方面，在產(chǎn)品路線出現(xiàn)同質(zhì)化趨向的背景下，快充成為少數(shù)幾個(gè)能夠創(chuàng)造差異性降維優(yōu)勢(shì)的技術(shù)場(chǎng)景。
如果說(shuō)2020是電動(dòng)汽車(chē)快充技術(shù)的啟動(dòng)期，2021-2022年是技術(shù)成熟階段，則當(dāng)前已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)鏖戰(zhàn)與基礎(chǔ)設(shè)施普及階段。
不過(guò)，快充是一個(gè)高度復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，從三電、到充電樁、電網(wǎng)層面都需要全新調(diào)整。以800V高壓平臺(tái)為例，需要車(chē)企及三電企業(yè)對(duì)電芯及系統(tǒng)、各高壓零部件的絕緣、耐壓等級(jí)，銅排的載流、耐高溫能力設(shè)計(jì)等進(jìn)行系統(tǒng)性升級(jí)。
動(dòng)力電池作為平臺(tái)架構(gòu)中的重要一環(huán)，在電動(dòng)汽車(chē)“快充革命”中扮演了至關(guān)重要的角色，圍繞于此，寧德時(shí)代、中創(chuàng)新航、蜂巢能源等一大批動(dòng)力電池企業(yè)已經(jīng)進(jìn)行積極布局。
動(dòng)力電池快充底層技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)？
在動(dòng)力電池環(huán)節(jié)，電池快充能力取決于電芯負(fù)極快速嵌鋰能力、電解液導(dǎo)電率以及電池系統(tǒng)的熱管理能力等多個(gè)能力。
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。
若負(fù)極沒(méi)有高速嵌鋰能力，則會(huì)出現(xiàn)析鋰甚至鋰枝晶，進(jìn)而導(dǎo)致電池容量不可逆衰減和縮短使用壽命；此外，電解液也需要較高導(dǎo)電率，同時(shí)要求能抗高溫、阻燃、防過(guò)充。
另一方面，大功率快充會(huì)帶來(lái)發(fā)熱量的大幅增加，高壓電池包的熱管理至關(guān)重要。
一般而言，在電池包的安全設(shè)計(jì)上，可以通過(guò)應(yīng)用隔熱性能更高的隔熱材料，例如陶瓷隔熱墊、云母板，進(jìn)行熱擴(kuò)散防護(hù)。但在被動(dòng)熱防護(hù)之外，主動(dòng)熱防護(hù)方案也至關(guān)重要。
上海車(chē)展上，各家動(dòng)力電池企業(yè)也圍繞材料創(chuàng)新及整包熱管理兩方面“大展身手”。
寧德時(shí)代麒麟電池
此前，寧德時(shí)代的超快充技術(shù)已經(jīng)涵蓋電子網(wǎng)、快離子環(huán)、各向同性石墨、超導(dǎo)電解液、高孔隙隔膜、多梯度極片、多極耳、陽(yáng)極電位監(jiān)控等。
各向同性技術(shù)使得鋰離子可以從360度嵌入石墨通道中，實(shí)現(xiàn)充電速度的顯著提升；陽(yáng)極電位監(jiān)控可實(shí)時(shí)調(diào)整充電電流，使電池在無(wú)析鋰副反應(yīng)的安全范圍內(nèi)發(fā)揮最大的充電能力，實(shí)現(xiàn)極限充電速度與安全的平衡。
三元版麒麟電池采用了高鎳正極+硅基負(fù)極體系，能量密度可達(dá)255Wh/kg，支持5分鐘快速熱啟動(dòng)及10min充電80％。
但充放電過(guò)程中硅的體積膨脹可高達(dá)400%，活性材料易從極片上脫離，引起容量快速衰減，同時(shí)形成不穩(wěn)定的SEI膜。
因此寧德時(shí)代的導(dǎo)電材料采用了1.5~2納米管徑的單壁碳納米管，對(duì)硅負(fù)極束縛力更強(qiáng)，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更充分，即使硅負(fù)極顆粒發(fā)生體積膨脹并開(kāi)始出現(xiàn)裂縫時(shí)，仍可通過(guò)單壁碳納米管保持良好連接。
此外，麒麟電池的電解液采用LiFSI，并使用FEC添加劑，在負(fù)極形成氟化鋰，離子半徑小，能及時(shí)修復(fù)裂縫。
熱管理方面，麒麟電池將液冷系統(tǒng)和隔熱墊集成于多功能彈性?shī)A層中置于電芯之間，相對(duì)于傳統(tǒng)的整塊鋪設(shè)在電芯上方的液冷板方案，換熱面積擴(kuò)大了4倍。得益于更大的冷卻面積，電芯的控溫效率提升了50%。
立式冷卻板打造橫向相對(duì)隔離空間，縱向電芯間有膨脹補(bǔ)償片+絕熱氣凝膠，有效隔熱實(shí)現(xiàn)“零熱失控”。
中創(chuàng)新航“頂流”電池
在800V高壓快充領(lǐng)域，中創(chuàng)新航布局了方形和極速超充大圓柱兩條路線。其方形產(chǎn)品支持4C快充，大圓柱支持6C快充。
方形電池方案上，中創(chuàng)新航基于800V高壓平臺(tái)研制了全新鐵鋰電池與中鎳高壓三元電池，去年均搭載于小鵬G9車(chē)型，實(shí)現(xiàn)20分鐘充電10-80%。
中鎳高壓三元電池通過(guò)構(gòu)筑多維高速導(dǎo)鋰通道，不斷提升鋰、鎳資源的利用率；同時(shí)通過(guò)多元素均質(zhì)摻雜、元素定向梯度分布等多項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用，在獲得高能量密度的同時(shí)，最大限度實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品安全和性能穩(wěn)定。
此前，特斯拉通過(guò)無(wú)極耳技術(shù)解決圓柱電池體積增大后內(nèi)阻和發(fā)熱量問(wèn)題，滿(mǎn)足高能量密度、快充功率等性能要求，帶火了46系大圓柱。
但中創(chuàng)新航認(rèn)為，特斯拉的無(wú)極耳技術(shù)雖然解決了電流路徑的問(wèn)題，但是將電芯殼體作為路徑，電流的流經(jīng)路徑還是比較長(zhǎng)；并且殼體本身是鋼，而鋼的導(dǎo)電性并不優(yōu)異。
今年4月，中創(chuàng)新航首發(fā)了“頂流”電池，采用一體化裝配技術(shù)，打造極耳直連頂部一體式集流盤(pán)。
通過(guò)一體式集流盤(pán)設(shè)計(jì)，相較普通的無(wú)極耳電池，“頂流”電池實(shí)現(xiàn)電流流經(jīng)路徑下降70%，ACR（交流內(nèi)阻）下降27%，DCR（直流阻抗）下降40%，結(jié)構(gòu)內(nèi)阻下降50%，空間利用率提升3%。
在化學(xué)體系創(chuàng)新上，中創(chuàng)新航還通過(guò)原創(chuàng)“極質(zhì)”電解液技術(shù)，革新快充體系設(shè)計(jì)。
欣旺達(dá)“閃充電池”
2022年9月，欣旺達(dá)發(fā)布旗下超級(jí)快充動(dòng)力電池產(chǎn)品——SFC480，該產(chǎn)品最大充電功率達(dá)480kW，實(shí)現(xiàn)充電5分鐘續(xù)航200km，充電10分鐘續(xù)航400km，一次充電續(xù)航可達(dá)700km。
材料創(chuàng)新方面，SFC480采用高電壓低鈷Ni60正極體系，并采用復(fù)合包覆和R元素?fù)诫s技術(shù)方案，改善了正極材料的產(chǎn)品性能，使該電池同時(shí)具備高能量密度和快充和高安全性能。
同時(shí)，SFC480在系統(tǒng)層面還導(dǎo)入全新一代3D液冷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)-20℃低溫下能量保持率高于85%，體積利用率達(dá)到72%以上，全系產(chǎn)品無(wú)熱擴(kuò)散。
上海車(chē)展上，欣旺達(dá)發(fā)布了升級(jí)之后的“閃充電池”，具有超快充、欣安全、特耐用等特點(diǎn)，進(jìn)一步支持電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航1000公里，10分鐘可從20%充至80% SOC。
閃充電池的關(guān)鍵技術(shù)包括欣旺達(dá)自主設(shè)計(jì)的閃充硅材料技術(shù)、高安全中鎳正極、硅基體系電解液技術(shù)、全生命周期自適應(yīng)超充策略、高精密涂布&疊片技術(shù)等。
其硅基體系電解液技術(shù)具備的特點(diǎn)有：
弱溶劑化溶劑：降低鋰離子去溶劑化能，實(shí)現(xiàn)更快的鋰離子傳輸；
高解離鋰鹽：提高電解液電導(dǎo)率，加快液相傳輸；
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)；
成膜添加劑調(diào)控形成：剛?cè)岵?jì)，界面膜抑制硅材料體積膨脹
今年3月欣旺達(dá)方形閃充電池1.0版本已量產(chǎn)裝車(chē)。
蜂巢能源龍鱗甲電池
蜂巢能源在正極材料上采用前驅(qū)體定向生長(zhǎng)的精密控制技術(shù)，將電芯內(nèi)部阻抗降低10%以上，負(fù)極材料采用液相包覆技術(shù)，在石墨表面包覆無(wú)定形碳，進(jìn)一步將電芯阻抗降低至20%負(fù)極；電解液也采用了含硫添加劑/鋰鹽添加劑等低阻抗添加劑體系；隔膜采用高孔隙陶瓷膜，提升隔膜導(dǎo)離子能力同時(shí)可兼顧耐熱性，達(dá)到快充及安全的平衡。
2022年，蜂巢能源進(jìn)一步為高能量密度電池方案研發(fā)了納米網(wǎng)硅負(fù)極技術(shù)，涵蓋筑網(wǎng)束硅技術(shù)、硅碳融合技術(shù)、雙層包覆技術(shù)等，循環(huán)壽命較進(jìn)口同類(lèi)產(chǎn)品提升10%。
目前，納米網(wǎng)硅負(fù)極已經(jīng)搭配高鎳正極，在蜂巢能源4695大圓柱電芯上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)能量密度≥300Wh/kg。
龍鱗甲電池作為蜂巢能源全新一代高安全動(dòng)力電池系統(tǒng)化解決方案，可兼容鐵鋰、三元、無(wú)鈷等全化學(xué)體系方案，續(xù)航里程最高可達(dá) 1000+km，覆蓋 1.6C-6C 快充體系。
龍鱗甲采用創(chuàng)新的熱電分離設(shè)計(jì)，其熱失控排泄通道位于電池包底部，電氣連接區(qū)位于電池包側(cè)部。電芯發(fā)生熱失控時(shí)，高溫氣液混合物以最短路徑沿著排泄通道迅速排出，解決了熱失控難題。
另外，龍鱗甲采用雙面冷卻設(shè)計(jì)，讓電芯大面積和冷卻板接觸，讓冷卻板迅速帶走電芯的熱量，換熱能力較一般水平提升70%。既可提升非充電場(chǎng)景下電池包的安全，也可顯著提升電動(dòng)車(chē)快充場(chǎng)景的安全性。
億緯鋰能大圓柱電池π系統(tǒng)
作為較早推進(jìn)46系大圓柱、并率先獲得國(guó)際客戶(hù)定點(diǎn)的電池企業(yè)，億緯鋰能表示其4695大圓柱電池將于今年三季度量產(chǎn)交付，46系列電池已經(jīng)在荊門(mén)工廠小批量生產(chǎn)。
上海車(chē)展上，億緯鋰能透露，其46系列大圓柱電池采用自研全極耳結(jié)構(gòu)及鎳+硅碳材料體系，具備設(shè)計(jì)、制造、回收標(biāo)準(zhǔn)化特征，可圍繞46mm直徑做不同的高度，靈活利用空間可兼容各種車(chē)型。
其4695 BEV模組冷卻主要是通過(guò)側(cè)面蛇形管路進(jìn)行，每?jī)膳烹娦局g放置一個(gè)液冷板。與麒麟電池、龍鱗甲電池思路類(lèi)似，億緯鋰能整體泄壓設(shè)計(jì)朝下，每個(gè)支架對(duì)應(yīng)留有孔位，支架下方放置云母板。
億緯鋰能還在發(fā)布會(huì)推出π電池系統(tǒng)，支持9分鐘快充，擁有“π”型冷卻技術(shù)，在電芯頂部及左右兩側(cè)構(gòu)建傳熱通道，實(shí)現(xiàn)立體傳熱，解決快充發(fā)熱問(wèn)題；在CTP集成技術(shù)基礎(chǔ)上，應(yīng)用高效復(fù)合新型材料和膠黏劑，使系統(tǒng)減重10%，實(shí)現(xiàn)小空間、低重量、高續(xù)航。
此外，億緯鋰能還推出了方形疊片、BEV方形系統(tǒng)、12V/48V電池系統(tǒng)產(chǎn)品等。
BEV方形系統(tǒng)采用大面高效液熱技術(shù)和高分子涂層保溫技術(shù)，低溫性能表現(xiàn)優(yōu)異；3C快充電芯、大面液冷均溫技術(shù)支持超快充；基于模塊集成+CTP技術(shù)，應(yīng)用鋼鋁復(fù)合箱體，實(shí)現(xiàn)高集成、輕量化；主動(dòng)熱控技術(shù)與氣電隔離技術(shù)可保障系統(tǒng)全生命周期NTP。
第二代高功率、高集成度48V電池系統(tǒng)，采用集成式液冷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效的熱管理目標(biāo)；高功率和低阻抗電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)高脈沖放電性能；集成液冷技術(shù)、極致均溫均衡技術(shù)為循環(huán)壽命保駕護(hù)航。
巨灣技研XFC極速超充電池
巨灣技研采用獨(dú)特的新型導(dǎo)電劑材料和系統(tǒng)性的工程設(shè)計(jì)，電芯采用高倍率改性正負(fù)極材料和高電導(dǎo)電解液，在電極內(nèi)都構(gòu)建高效的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高了鋰離子的嵌入\脫出的動(dòng)力學(xué)性能。
配合最高可達(dá)900V的高電壓平臺(tái)，電池最大充電速度是現(xiàn)在普通電池的6倍以上，最大充電功率480kw，能做到7.5分鐘充電0%-80%。
上海車(chē)展首日，合創(chuàng)汽車(chē)發(fā)布上市的純電旗艦MPV V09上搭載了巨灣技研為其定制開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的12MinXFC電池包，可實(shí)現(xiàn)充電10分鐘續(xù)航400km。
這款 XFC 極速電池包采用了>200Wh/kg 高能量密度極速電芯材料，應(yīng)用新型導(dǎo)電劑，以及高效熱管理系統(tǒng)，可確保不少于 40 萬(wàn)公里的常年常溫極速快充，支持 V09 實(shí)現(xiàn)全生命周期的極速充電。
另外，XFC 電池在極限熱失控試驗(yàn)中，做到了熱失控觸發(fā)后電池包 24 小時(shí)無(wú)明火，能夠保障汽車(chē)使用過(guò)程中的安全性和耐用性。
此外，瑞浦蘭鈞“問(wèn)頂"電池、孚能科技SPS大軟包方案、捷威動(dòng)力海綿系統(tǒng)等，也針對(duì)快充場(chǎng)景下的材料創(chuàng)新與整包熱管理進(jìn)行了針對(duì)性開(kāi)發(fā)。
值得注意的是，行業(yè)人士指出，快充電池的電芯成本比普通電池至少高5%-8%，疊加超充樁的投資成本高達(dá)普通直流樁的幾倍，當(dāng)前布局800V高壓平臺(tái)車(chē)型的仍然以頭部車(chē)企為主。
中期來(lái)看，在成本上，車(chē)企還無(wú)法實(shí)現(xiàn)將800V高壓快充覆蓋至15萬(wàn)元以?xún)?nèi)的車(chē)型。因此在10萬(wàn)元-20萬(wàn)元的汽車(chē)市場(chǎng)中，混動(dòng)車(chē)型表現(xiàn)將更為突出；但在20萬(wàn)元以上市場(chǎng)中，超快充技術(shù)將推動(dòng)純電車(chē)型保有量進(jìn)一步擴(kuò)大。
在未來(lái)，實(shí)現(xiàn)快充技術(shù)普惠性降本、并通過(guò)車(chē)網(wǎng)互動(dòng)減少電網(wǎng)壓力，將成為快充賽道的競(jìng)爭(zhēng)重點(diǎn)與發(fā)展方向。
