【图】深评:从电池看新能源车快充走向何方

  [深评] 电动在用于中,消费者最为担忧的还是充电时间和续航里程的问题,在目前的技术水平下,电池时间与续航里程难以兼得,因此动力电池也就发展出了两条路线,一种是专心续航里程的比能量派,主要是通过不断的提升锂离子电池的比能量,从而增加电动的续航里程;第二种是专注增加电池时间的快充派,主要是通过提高锂离子电池的快差使性能,延长电动的电池时间。随着技术进步和对锂电池材料的深入研究,慢差使技术曾经遇上的难题有可能也不会一一迎刃而解。


●《深评问道》是什么?

  《深评问道》是首个面向行业末端用户打造出的栏目,特约行业资深从业者执笔,羞解析/揭露行业大事件。除了繁华表象,我们更想要向您呈现对事物本质、因果以及未来可能性的探究和思考。

  本期行业评论员――史晨星,独立评论人&投资人,专注新能源产业链投资并购及投后管理,现任东旭集团旭江科技总经理。

  30秒读懂全文:

  综合多方意见,可以定义电池倍率大于1.6C为快差使,1.6C-3C为小快差使,3C以上为慢充。
  不同技术路线的慢充型动力电池各有优劣,适用有所不同的新能源产品。
  三元快差使电池适合乘用,钛酸锂等适合客,钛铌氧化物或将是慢充新方向。
  目前慢充型电池主要在客领域应用较多,未来慢充型动力电池的消费结构将会向用、专用物流偏移。

一、如何解读快充?

  要解读快差使,一个专业术语是逃不掉的――充放电倍率C,可以非常简单理解为差使、放电的速率。锂离子电池的充放电倍率,决定了我们可以用多慢的速度,将一定的能量存储到电池里面,或者以多慢的速度,将电池里面的能量释放出来。


  根据2018年新能源补贴政策,电池倍率大于3C的归属于非快差使类显电动客,充电倍率高于(含)3C则归属于快充类纯电动客类。但快差使的补贴区分只针对新能源客,无乘用和物流标准。

2018年慢充类显电动客补贴标准

辆类型

中央财政补贴标准

(元/kWh)

慢充倍率

中央财政单补贴上限(万元)

慢充类纯电动客

2100

3C-5C(含)

5C-15C(不含)

15C以上

6<L≤8m

8<L≤10m

L>10m

中央财政补贴调整系数

4

8

13

0.8

1

1.1

  根据业界及宁德时代的定义,电动慢充是指充电电流大于1.6C的电池方式,也就就是指0%电池到80%时间大于30分钟的技术。笔者综合多方意见,明确提出电池倍率大于1.6C为快充,1.6C-3C为小快差使,3C以上为慢充。多数电动乘用都能超过“小快充”,慢充型客的电池倍率则大部分集中在3C-5C。

  如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就像优秀的运动健将,在摇椅的两端来回跳跃。电池时,电池的负极上有锂离子分解,生成的锂离子经过电解液运动到负极。作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,以供抵达负极的锂离子映射。嵌入的锂离子越多,充电容量越高。

  快充时,锂离子需要加速瞬时嵌入到负极。这对负极快速接收锂离子的能力挑战很大。普通化学体系的电池在慢充时负极不会经常出现副产物,影响电芯的循环和稳定性。能量密度与功率密度,在同一只电池中可以说是顾此失彼的两个方向。


  无论是国政策导向还是企业技术布局,普遍追求高能量密度。当动力电池的能量密度足够高,一台装载电量充足大,可以避免所谓“里程焦虑”,对于快速电池的需求就不会减少。但是,电量大了,如果成本没有降下来也很难被市场接受。因此,如果能在控制好电池成本的前提下,用便利的电池能力+限于的续航里程,就能极大减轻用户情绪,这样一来快充就有不存在的价值。

二、有所不同技术路线电池的快差使应用于前景

  充电的快慢和动力电池、充电桩、电动整、电网等整体技术和设计拒绝都息息相关,其中最大的影响因素还是在于电池。我们具体来讨论不同类型的动力电池在慢差使技术方向上的应用趋势。各种正极材料几乎都可以用来制造快充型电池,但适用性和好坏各不相同。

1、三元快充型电池更限于于电动乘用

  三元电池因其有较高的能量密度更受到重视,材料本身导电性能出色,但反应活性太高,因此对快差使安全性提出了较小的挑战。


  三元电池快差使体系的代表企业有宁德时代、比克等。宁德时代研发了“超导电子网”和“慢离子的环”技术,可实现15分钟内SOC从5%充电到85%,能量密度190Wh/kg,循环寿命多达2500次,主要应用领域为乘用,预计2018年内具有批量生产的能力。

  比克今年5月最新推出的3.0高能芯通过引进硅系负极材料、高镍负极材料,以及专门开发的电解液,其能量密度高达将近250Wh/kg,可实现500公里超长续航里程。通过充电策略设计,有效地延长电池时间,提高电池效率。在极端的应急模式下,电池10分钟可行驶60公里。

  按照燃油的使用习惯,要构建电池时间在10-20分钟以内完全充满电,充电倍率至少必须3-6C间。目前市面上的纯电动乘用大多数是半小时到1小时充满著80%电量,比以前两三小时的电池时间已提高了不少,未来未来将会进一步传输到20分钟内。

部分“小快充”型列表

工况续航里程

电池模式

慢差使时间

北新能源

EU5R550

520

km

快/快充

30min

充80%

吉利

帝豪GSe

353km

慢/慢充

30min

差使80%

比亚迪

宋EV400

360km

慢/快差使

40min

差使80%

江淮

iEVA50

400km

快/快差使

90min充80%

长安

CS15EV

300km

快/慢差使

45min

差使80%

奇瑞

瑞虎3xe480

400km

慢/慢差使

30min

充80%

荣威Ei5

301km

快/快差使

40min差使80%

制表:行业评论员(据公开资料整理)

2、磷酸铁锂快充乘商均可用

  磷酸铁锂在慢充领域不具有先天优势,从材料上看,磷酸铁锂材料的本征电导率比较较低,仅为三元材料的百分一,必须对磷酸铁锂材料进行导电性优化才能符合快差使的需求。但磷酸铁锂的材料成本相对较低,融合成熟的技术背景及平稳的产品性能,有较为普遍的应用于前景,代表企业有宁德时代、沃特玛等。

主要企业

技术路线

单体能量密度

组装型充电倍率

宁德时代

负极“超强电子网

技术:使用涂碳铝箔,降低认识内阻,提高正极材料电子传输能力;负极“慢离子的环”技术:使用不同石墨负极颗粒混合,较高的孔隙率使保液量增大,离子通道更多,传输更慢,倍率更好。

150Wh/kg

3-5C

沃特玛

负极使用粒径100~300nm

磷酸铁锂材料,使锂离子享有更快的迁入速度,需要更大倍率充放电;负极采用粒径更小的人造石墨展开碳包覆,小粒径有利于锂离子的脱离和嵌入。

130Wh/kg

3-5C

制表:行业评论员(据公开资料整理)

  受限于理论能量密度的极值容许,磷酸铁锂未来在能量密度方面的充分发挥空间不大。但对于客、物流、专用等商用现已选用磷酸铁锂体系而言,对于能量密度的提高并不是必须的,而慢充则越来越反映出其重要性。


新氧 新氧 新氧 新氧科技 新氧 新氧