中國儲能網(wǎng)訊：近年來，關(guān)于電池快充的大新聞很多，但是其中噱頭占了大多數(shù)，真正靠譜的技術(shù)卻一直處于低調(diào)的狀態(tài)。尤其是近來隨著汽車、手機(jī)方面的安全相關(guān)的新聞增多，大家對于快充技術(shù)的安全也越來越重視。在此前，筆者已經(jīng)在上一篇文章中做了快充的科普，介紹了快充技術(shù)對于材料、電池結(jié)構(gòu)方面的要求，更多偏向于材料技術(shù)分析；而在本文中，主要想向大家介紹靠譜與不靠譜的快充電池技術(shù)的區(qū)別，并在電動(dòng)大巴這一領(lǐng)域，分析代表廠家(微宏、CATL、銀隆)動(dòng)力電池的技術(shù)路線與適用性，讓那些平日中一直在背后努力的電池企業(yè)揭開自己的面紗，讓廣大消費(fèi)者更好地了解他們。
那些不靠譜的快充技術(shù)？
電池快充給我們能帶來的便利其實(shí)不難想象，而近來各種各樣的“幾分鐘幾秒鐘充滿電”的新聞早已滿天飛，其中有真有假，有的真的是技術(shù)積累的結(jié)果，有的可能更多的是用來吸眼球騙錢而已。筆者認(rèn)為，不靠譜的快充技術(shù)(的報(bào)道)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1) 把實(shí)驗(yàn)室中的成果無限放大，線性外推到kWh和MWh的實(shí)用領(lǐng)域，這方面很多新聞還真是與科研工作者沒有太大關(guān)系，很多都是新聞?dòng)浾邆儾恢莱鲇谑裁茨康呐谥瞥龅拇笮侣?。?shí)際上稍有科研工程經(jīng)驗(yàn)的人都知道，這之間有巨大的差異，想要實(shí)現(xiàn)工程化所要花費(fèi)的精力非常多，筆者也懶得再與一些拿著技術(shù)前進(jìn)情懷說事的人去多費(fèi)口舌了：很多人鼓吹“新技術(shù)一開始都是看似不靠譜的”，孰不知有更多的不靠譜的技術(shù)早已經(jīng)死掉了，不少人對于幸存者偏差(Survivorship bias)完全沒有概念。
典型的被媒體炮制出的大新聞，科研人員表示很無辜
典型情懷黨：情懷萬歲板載，精神勝利法賽高，陰謀論邏輯想像力豐富，可是作為一名職業(yè)鍵盤俠連關(guān)鍵的“烯”字都沒打?qū)Α?
2)混淆主要矛盾，在該說能量密度的場合說功率，實(shí)際上電量、成本、壽命很多情況下是更為主要的矛盾，把電容(Supercapacitor更多用于快充)和電池(Battery)混淆就是一種典型的體現(xiàn)。
3)用各種媒體宣傳的把戲，用感性的詞語來忽悠：比如“震驚了”，一堆嘆號，甚至用“恭喜motherland”這樣的莫名其妙的名頭綁架大家的認(rèn)知，仿佛你不認(rèn)同它就是不愛國，但是文章里面卻沒有任何實(shí)質(zhì)性的內(nèi)容。再比如筆者搜過graphenano的美國歐洲專利，發(fā)現(xiàn)是數(shù)目是0。而很多吹牛的電池新技術(shù)，根本沒有任何具體信息：沒有能量密度，沒有功率密度，沒有電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，沒有充放電典線，沒有壽命，總之幾乎什么也沒有，只有一句自我鑒定的國際領(lǐng)先--就一句話評價(jià)吧：空口無憑。
而反觀靠譜的快充電池技術(shù)，其都是有實(shí)打?qū)嵉漠a(chǎn)品出現(xiàn)，都經(jīng)歷了從實(shí)驗(yàn)室到穩(wěn)定量產(chǎn)的漫長過程，而且大多是大型企業(yè)出品，擁有良好的產(chǎn)品質(zhì)量控制，在具體應(yīng)用中都經(jīng)歷了良好的檢驗(yàn)，并且可以看到企業(yè)的專利布局，產(chǎn)品的具體介紹信息。只是可惜的是，電池企業(yè)本身大多數(shù)比較低調(diào)，遠(yuǎn)沒有汽車和電子消費(fèi)企業(yè)這些與消費(fèi)者能直接對接的行業(yè)那么擅于影響消費(fèi)者打交道，或者囿于產(chǎn)業(yè)鏈中與手機(jī)企業(yè)合作的需求而刻意減少對自己的產(chǎn)品的宣傳。
筆者認(rèn)為在現(xiàn)在這個(gè)年代，酒香有時(shí)也怕巷子深，靠譜的電池技術(shù)理應(yīng)更多的宣傳自己，這樣才能搶占宣傳的陣地，而不會總是讓一些噱頭新聞?chuàng)屃死響?yīng)屬于自己的風(fēng)頭。
靠譜的典型快充動(dòng)力電池技術(shù)對比
筆者通過網(wǎng)絡(luò)等途徑收集了一些動(dòng)力電池方面相關(guān)的信息，列于以下表中。在此處，信息主要指向的是(快充型)電動(dòng)大巴車這一應(yīng)用領(lǐng)域，其與普通乘用車應(yīng)用有相似之處，但是也有一些不同，主要在于：
1) 安全要求更高，畢竟電動(dòng)大巴電池用量多，載客量也多，一旦出現(xiàn)事故潛在的損失可能大于電動(dòng)轎車。
2)質(zhì)量比能量密度要求有所下降，畢竟電池用量較大但可用空間更大，可以適當(dāng)?shù)赜枚嘌b電池來解決續(xù)航問題，而且公交常常是固定線路。因此在普通乘用車上里程焦慮現(xiàn)象更明顯的磷酸鐵鋰在此處具有了一些新的優(yōu)勢。
3)成本方面作者認(rèn)為與普通乘用車基本處于同一水平，依照技術(shù)路線不同有一定浮動(dòng)空間。
因?yàn)闂l件所限，快充相關(guān)的動(dòng)力電池各企業(yè)產(chǎn)品收集到的信息并不完全，但是可以進(jìn)行初步的分析各企業(yè)的技術(shù)路線，幫助各位讀者更好地了解(大巴用)動(dòng)力電池快充技術(shù)和相關(guān)廠家。幾家企業(yè)都是筆者非常尊敬的行業(yè)中的代表企業(yè)，都在自己的領(lǐng)域中扎實(shí)深耕多年，有著自己核心競爭力，在快充電池領(lǐng)域中是佼佼者。
微宏
微宏動(dòng)力，位于浙江湖州，成立于2006年。微宏動(dòng)力系統(tǒng)(湖州)有限公司是一家集新能源及儲電技術(shù)、組合化學(xué)與化工新流程的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售于一體的現(xiàn)代化高新技術(shù)企業(yè)，于2011年率先將快速充電技術(shù)投入到商業(yè)運(yùn)營中。
微宏的幾代產(chǎn)品的基本情況如下：
1) 第一代快速充電電池產(chǎn)品：即LρTO電池用的鈦酸鋰技術(shù)，在市場推廣。但是鈦酸鋰本身1.5V左右的負(fù)極電位導(dǎo)致了其能量密度較低，限制了其更多的使用，因此本產(chǎn)品更適用于頻繁停車充電的短途、固定線路公交領(lǐng)域。另外一個(gè)問題在于鈦酸鋰材料成本明顯高于石墨，電池成本也水漲船高。雖然電池成本一定要綜合考慮壽命、成本、性能、安全等要素，鈦酸鋰電池本身偏高的成本對于電動(dòng)汽車、儲能行業(yè)的一次投資時(shí)造成的顧慮也是不可小視的。
2) 第二代的多元復(fù)合鋰電池：正極是三元材料+錳酸鋰混合體系，但是把負(fù)極從鈦酸鋰改成了多孔復(fù)合碳作為負(fù)極材料。多孔復(fù)合碳是硬碳材料，最大的特點(diǎn)在于其比表面積增大到傳統(tǒng)石墨的20倍以上，增加的比表面積與孔隙也大幅增加了鋰離子的遷移和嵌入通道數(shù)量，使得鋰離子能夠快速、穩(wěn)定地嵌入與脫出，從而解決了長期阻礙高能量密度石墨負(fù)極鋰電池產(chǎn)品快速充電的技術(shù)瓶頸，同時(shí)大大改善快充的能力，成本相比一代也有所下降。但是該體系電池缺點(diǎn)是循環(huán)壽命不夠長，硬碳的壓實(shí)密度、克容量和首次充電效率都不太理想，此外硬碳材料的高電位也導(dǎo)致整個(gè)電池能量密度偏低(所以三元-硬碳體系電池能量密度肯定低于三元-石墨體系，那么低于磷酸鐵鋰-石墨體系也就并不是什么特別奇怪的結(jié)果了)，而且三元材料體系的電池用于乘用車安全性仍需要重點(diǎn)關(guān)注并不斷經(jīng)受實(shí)踐檢驗(yàn)(筆者不敢說沒問題，乘用車上用三元材料是否足夠安全也是一個(gè)老話題了)。但有一點(diǎn)可以肯定：如果想要用在大巴上，安全風(fēng)險(xiǎn)目前還是不容忽視的底層問題。
為什么不太推薦用三元材料電池裝大巴？很簡單：乘用車4個(gè)門，出現(xiàn)事故逃生時(shí)間是幾秒；而大巴電池裝載量是普通乘用車的近10倍，按電池的故障概率疊乘來計(jì)算危險(xiǎn)系數(shù)更高，并且其裝載人員數(shù)量更多，對逃生的需求更緊迫。因此在大巴上使用安全系數(shù)更高的電池技術(shù)是非常靠譜的理性選擇，國家之前限制三元材料電池補(bǔ)貼的政策其實(shí)很大程度上就是基于這樣的考慮。
摘自微宏動(dòng)力“不燃燒電池”發(fā)布會PPT
關(guān)于“不燃燒電池”：微宏今年初推出了其“不燃燒電池”，當(dāng)時(shí)非常吸睛，引起了技術(shù)圈內(nèi)的人們的廣泛討論。筆者當(dāng)時(shí)在朋友間專門問詢了這方面的信息，得知微宏使用了特別的電解液體系、凱夫拉纖維隔膜等一系列特別的優(yōu)化技術(shù)提升了電池的安全性，這些技術(shù)對于電池發(fā)展自然比較具有借鑒和指引意義。然而比較遺憾的是，微宏沒有介紹該電池的能量密度、成本等關(guān)鍵信息，而且從其性能和材料體系上看，恐怕這些數(shù)據(jù)樂觀不了。業(yè)內(nèi)也有人認(rèn)為這也是在犧牲成本、能量密度來保證安全性，但是不管怎么樣，技術(shù)上的進(jìn)步還是值得肯定的。所以筆者更傾向于認(rèn)為，不燃燒電池中的技術(shù)對于將來的技術(shù)發(fā)展會很有意義，但是是在中近期的工程化應(yīng)用中，會受到成本、技術(shù)等綜合方面因素的限制，變成真正的產(chǎn)品走向市場恐怕尚需不短的時(shí)日。
業(yè)內(nèi)人士對于微宏“不燃燒電池”的評價(jià)
總結(jié)一下：
微宏動(dòng)力電池倍率性能好，較為安全，對于各種環(huán)境條件適應(yīng)能力好，循環(huán)壽命長，技術(shù)新。
主要問題在于：其技術(shù)路線中三元材料正極的安全性仍有不小的困難，新技術(shù)的推廣面臨著成本等方面的一系列問題，任重道遠(yuǎn)。
CATL
CATL即寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司，成立于2011年，位于福建省寧德市。CATL致力于通過先進(jìn)的電池技術(shù)，為全球綠色能源應(yīng)用，提供高效的能源存儲解決方案。公司建立了動(dòng)力和儲能電池領(lǐng)域完整的研發(fā)、制造能力，擁有材料、電芯、電池系統(tǒng)、電池回收的全產(chǎn)業(yè)鏈核心技術(shù)。
CATL在快充電池有多年的研究和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，其技術(shù)與ATL的手機(jī)快充電池技術(shù)一脈相承，但是在此方面的技術(shù)優(yōu)勢卻一直不太為廣大消費(fèi)者所知，宣傳力度不夠可能是一個(gè)問題。實(shí)際上在電池業(yè)內(nèi)，CATL的技術(shù)水平一直得到了廣大技術(shù)人員的認(rèn)可，在圈內(nèi)知名度很高，只是在普通老百姓中沒那么出名而已。在近來，隨著手機(jī)電池安全方面的一些新聞的爆出，CATL的產(chǎn)品品質(zhì)逐步開始在新聞中得到更多的關(guān)注，這也進(jìn)一步證明了該企業(yè)的技術(shù)實(shí)力和產(chǎn)品質(zhì)量水平。
CATL的大巴快充電池技術(shù)主要是對于傳統(tǒng)經(jīng)典材料進(jìn)行優(yōu)化和挖掘潛力，保證安全性、成本以及綜合性能，重視品控。CATL從手機(jī)快充電池研發(fā)開始，先后開發(fā)了幾代快充負(fù)極石墨，主要是對其進(jìn)行表面綜合優(yōu)化處理(CATL聲稱是“快離子環(huán)”技術(shù))，提高其在各方向接納鋰離子的能力，加快鋰離子嵌入速率，降低充電時(shí)產(chǎn)生枝晶的傾向，而且這樣改性的石墨兼顧了快充和能量密度高的優(yōu)點(diǎn)。
而在正極方面，CATL使用的是眾所周知的高安全的磷酸鐵鋰體系?？紤]到磷酸鐵鋰的本征電導(dǎo)率不好， CATL采用了碳層包覆處理與摻雜處理，導(dǎo)電性能可以從本征的(10-9S/cm)提升到(10-3S/cm)優(yōu)于三元材料(10-4~10-5S/cm)，而對容量的影響并不大。
另外一個(gè)需要考慮的要素是電壓與安全性的問題。學(xué)過電化學(xué)的人知道，電池電壓越高，正極氧化性越強(qiáng)，與電解液的反應(yīng)越劇烈。而在高溫下，各種反應(yīng)會加劇，電池非常怕高溫下工作，發(fā)生危險(xiǎn)的系數(shù)會很高。因此：高溫+高電壓最糟糕，在這一點(diǎn)上，磷酸鐵鋰本身電壓就比較低(3.45V)，加上CATL為其配備的與快充電池配合的溫控系統(tǒng)，針對磷酸鐵鋰的充放電程度(SOC)與溫度來進(jìn)行優(yōu)化的充電制度調(diào)整，從而進(jìn)一步保證了安全性。而在磷酸鐵鋰VS三元材料這一老話題中，安全一直是磷酸鐵鋰的一大根本優(yōu)勢，在大巴領(lǐng)域中該特性的意義更為重要。
根據(jù)環(huán)境溫度需要調(diào)節(jié)電池充電制度
總結(jié)一下：
CATL技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：性能好，安全性高，成本低。安全和成本可以說是動(dòng)力電池實(shí)際工程推廣中的重要考慮因素，在目前階段推廣起來具有一定的綜合優(yōu)勢。
CATL技術(shù)的主要不足在于：1)磷酸鐵鋰快充電池能量密度不如三元-石墨的普通能量型電池高，因此不適合用在乘用車上，只適合用在大巴上做快充。2)磷酸鐵鋰低溫下性能不如三元，因此CATL設(shè)計(jì)了相關(guān)的循環(huán)水溫控系統(tǒng)來緩解這方面的問題。
銀隆
2009年成立的銀隆新能源位于珠海，其于2010年收購美國奧鈦公司，開始做鈦酸鋰材料涉足電池業(yè)務(wù)，2012年開始收購汽車企業(yè)生產(chǎn)電動(dòng)汽車。銀隆建立了從材料到汽車的產(chǎn)業(yè)鏈，生產(chǎn)的電池主要是自產(chǎn)自銷，為在公交系統(tǒng)占領(lǐng)市場，公司專為公交做出10年承保整車替換、還搞零元購車的金融租賃商業(yè)模式。珠海銀隆在2015和2016年搞了兩輪融資，包括中信證券、華融資產(chǎn)、陽光保險(xiǎn)、北京公交等20家品牌企業(yè)共同注資數(shù)十億人民幣。其投資方之一的北京公交也是其最大客戶。
銀隆的各業(yè)務(wù)平臺
作為一家新能源汽車企業(yè)，純電動(dòng)車是銀隆的主要銷售產(chǎn)品，終端用戶為各地公交公司，其中，北京公交集團(tuán)有限公司是其第一大客戶，銷售額占比37.11%。尤其引人關(guān)注的是，銀隆差不多占到了北京公交訂單的80%。北京公交同時(shí)也是銀隆的投資方之一，這可能對于銀隆進(jìn)入北京市場起到了重要作用。
在近來，隨著格力收購銀隆的消息曝出，銀隆的知名度進(jìn)一步提升，還帶動(dòng)了鈦酸鋰概念的火熱。實(shí)際上，鈦酸鋰并非什么新技術(shù)，之前就已經(jīng)有了大量的研究：筆者兩年前在知乎上寫的一個(gè)關(guān)于鈦酸鋰的介紹回答居然就在近來重新被翻出來送上了編輯推薦，感覺非常有趣。接下來，筆者將分析一下銀隆的鈦酸鋰電池技術(shù)路線。
銀隆的電池技術(shù)路線是鈦酸鋰快充電池，以鈦酸鋰為負(fù)極。與磷酸鐵鋰類似，鈦酸鋰也存在導(dǎo)電性差的問題。問題相似，解決思路也相同，銀隆的核心技術(shù)是納米化和摻雜的生產(chǎn)工藝(其他鈦酸鋰企業(yè)僅能做到微米級別)，解決材料離子電導(dǎo)等方面的一系列問題。經(jīng)實(shí)測，銀隆電芯是2.3V，因此其采用的正極材料不是磷酸鐵鋰(如果鈦酸鋰搭配磷酸鐵鋰電壓不到2V)，也應(yīng)該不是錳酸鋰(如果用鈦酸鋰搭配錳酸鋰，能量密度太低)，所以其正極使用的是三元材料。三元-鈦酸鋰電池的倍率性能較優(yōu)，此外低溫性能比較好，這讓它在北方極寒地區(qū)有一定的優(yōu)勢，安全性和壽命也比三元-石墨體系強(qiáng)。
但是該技術(shù)路線也有問題：
1)鈦酸鋰電池的突出問題仍是電壓太低，與三元材料配時(shí)也最多只能到2.3V(4.2-1.5)，結(jié)果就是目前成熟量產(chǎn)的電池能量密度很低，不如典型的以碳系材料為負(fù)極的磷酸鐵鋰和三元電池(3~4V)。銀隆目前使用的鈦酸鋰電池的能量密度是70-80 Wh/Kg，系統(tǒng)能量接近60Wh/Kg其第四代新型鈦酸鋰電池有望在能量上接近磷酸鐵鋰電池，目前可能處在實(shí)驗(yàn)室階段，后續(xù)可能放大。
鈦酸鋰電池本征的低電壓導(dǎo)致的低電池能量密度，使得鈦酸鋰電池在汽車上裝載量不可能太多，因此如果要更多考慮功率-能量(快充-續(xù)航)兩因素平衡時(shí)，鈦酸鋰電池會很麻煩，此時(shí)磷酸鐵鋰和三元配石墨的技術(shù)則要好的多。如果完全不考慮里程，只裝很少的電池隨跑隨停隨充，鈦酸鋰倒是可以。
2)三元的產(chǎn)氣和鈦酸鋰的脹氣問題都很突出，通過電解液的調(diào)整，可以基本控制鈦酸鋰固有的脹氣問題。此外能量密度及生產(chǎn)成本上較劣勢。采用三元材料后，銀隆的電芯最新能量密度提升到80Wh/kg，大約是三元-石墨電芯的一半。從電池類型來看，銀隆有圓柱型電池和軟包電池兩類：圓柱型用鈦酸鋰，軟包電池采用磷酸鐵鋰+石墨。圓柱電池的能量密度不高，電芯即使密堆積，組成電池組后浪費(fèi)空間更多，因此能量密度與續(xù)航可能是一大核心問題。而如果要把鈦酸鋰用于制備能量密度更高的軟包電池，其對脹氣又很敏感，電池不能做大。也就是說，材料體系可能在一定程度上限制了其電池技術(shù)路線的發(fā)展。
3)成本，老生常談的成本：
鈦酸鋰電池的成本明顯高于其它體系電池，主要來自于以下幾個(gè)因素：A)本身較低的能量密度；B)鈦的高成本；C)鈦酸鋰工藝等性能上需要解決的問題，目前三元-鈦酸鋰電池的成本大約是三元-石墨電芯的兩倍，在對于成本十分敏感的電池領(lǐng)域，這是一個(gè)必須要認(rèn)真考慮的因素。成本高昂實(shí)際上也限制了鈦酸鋰電池裝車時(shí)的用量，以及續(xù)航，這都是該技術(shù)路線的客觀短板。
總結(jié)一下：
銀隆鈦酸鋰電池的優(yōu)點(diǎn)在于倍率性能好，較為安全，對于各種極端環(huán)境條件適應(yīng)能力好，循環(huán)壽命長。
主要問題在于：成本偏高而且不太可能明顯下降，此外電池能量密度偏低也限制了其在很多領(lǐng)域中的使用推廣，在大多數(shù)普通環(huán)境地區(qū)應(yīng)用意義不那么明顯。
后記：
在本文中(上、下)，筆者介紹了關(guān)于快充鋰電池對材料等方面的要求，快充的意義，靠譜快充與不靠譜快充新聞的科普，以及國內(nèi)典型先進(jìn)電池企業(yè)的介紹和其快充技術(shù)路線的分析?？斐涫且环N非常重要的技術(shù)，其技術(shù)含量很高，是一個(gè)從科學(xué)貫穿到工程領(lǐng)域的綜合技術(shù)，需要很多人的共同努力才能做好。希望能有更多的人有志于投身到真正靠譜的快充技術(shù)的研發(fā)中去，做好宣傳工作，并讓更多的人了解、重視真正的快充技術(shù)，而不是讓不靠譜的技術(shù)天天宣傳自己，讓朋友圈里那些打著嘆號，說著“震驚了”新聞給吸引了過多的注意力。
近來某手機(jī)電池安全方面的大新聞實(shí)際上說明了一點(diǎn)：中國的電池不見得一定比哪個(gè)國家的差，他們的產(chǎn)品并非不可戰(zhàn)勝。在此，筆者也希望中國的電池工業(yè)能進(jìn)一步騰飛，做出更多世界一流的產(chǎn)品。
