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，并在電動大巴這一領(lǐng)域，分析代表廠家(微宏、CATL、銀隆)動力電池的技術(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)(的報道)主要有以下幾個特點：
1) 把實驗室中的成果無限放大，線性外推到kWh和MWh的實用領(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，很多都是新聞記者們不知道出于什么目的炮制出的大新聞。實際上稍有科研工程經(jīng)驗的人都知道，這之間有巨大的差異，想要實現(xiàn)工程化所要花費的精力非常多，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--就一句話評價吧：空口無憑。
而反觀靠譜的快充電池技術(shù)，其都是有實打?qū)嵉漠a(chǎn)品出現(xiàn)，都經(jīng)歷了從實驗室到穩(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，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企業(yè)這些與消費者能直接對接的行業(yè)那么擅于影響消費者打交道，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)在這個年代，酒香有時也怕巷子深，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空間。
因為條件所限，快充相關(guān)的動力電池各企業(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
微宏動力，位于浙江湖州，成立于2006年。微宏動力系統(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汽車、儲能行業(yè)的一次投資時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是循環(huán)壽命不夠長，硬碳的壓實密度、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關(guān)注并不斷經(jīng)受實踐檢驗(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老話題了)。但有一點可以肯定：如果想要用在大巴上，安全風(fēng)險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個門，出現(xiàn)事故逃生時間是幾秒；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算危險系數(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貼的政策其實很大程度上就是基于這樣的考慮。
摘自微宏動力“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日。
業(yè)內(nèi)人士對于微宏“不燃燒電池”的評價
總結(jié)一下：
微宏動力電池倍率性能好，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，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者所知，宣傳力度不夠可能是一個問題。實際上在電池業(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。
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)生危險的系數(shù)會很高。因此：高溫+高電壓最糟糕，在這一點上，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)點在于：性能好，安全性高，成本低。安全和成本可以說是動力電池實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、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，還帶動了鈦酸鋰概念的火熱。實際上，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，目前可能處在實驗室階段，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，鈦酸鋰電池會很麻煩，此時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，這是一個必須要認(rèn)真考慮的因素。成本高昂實際上也限制了鈦酸鋰電池裝車時的用量，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際上說明了一點：中國的電池不見得一定比哪個國家的差，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。
