深评：从电池看新能源车快充走向何方

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在电动汽车的使用中，消费者最担心的是充电时间和续航里程。在目前的技术水平下，很难同时拥有充电时间和续航里程。因此，动力电池发展了两条路线。一是关注续航里程比能，主要是通过不断提高锂离子电池的比能，从而增加电动汽车的续航里程。第二种是快充派，侧重于减少充电时间，主要是通过提高锂离子电池的快充性能，缩短电动汽车的充电时间。随着技术的发展和锂电池材料研究的深入，快充技术遇到的问题可能会一一解决。

●什么是深度评论和提问？

《深度评论与问题》是为行业用户打造的第一个专栏，专门由汽车行业资深从业者撰写，专门分析/揭示行业重大事件。除了活泼的外表，我们想向你展示对事物的本质、因果和未来可能性的探索和思考。

本期行业评论员——史晨星，独立评论员&:投资人，专注于新能源汽车产业链的投资、及投后管理，现任集团旭江科技总经理。

30秒内阅读全文:

●综合意见，可以将充电速率小于1.6C定义为慢充，1.6C-3C定义为小快充，3C或以上定义为快充。●不同技术路线的快充动力电池各有优缺点，适用于不同的新能源产品。●三元快充电池适用于乘用车、钛酸锂等合适的公交车，钛铌氧化物可能是快充的新方向。●目前快充电池主要应用于乘用车领域。未来快充动力电池的消费结构将向整车和专用物流车转移。

一、如何理解快充？

要理解快充，一个技术术语是不可避免的——充放电速率C，可以简单理解为充放电的速率。锂离子电池的充放电速率决定了我们可以多快地将一定量的能量储存到电池中或者从电池中释放能量。

根据2021年新能源汽车补贴政策，充电率低于3C的属于非快充纯电动公交车，充电率高于或包含3C的属于快充纯电动公交车。但快充的补贴划分只针对新能源公交车，对乘用车和物流车没有标准。

根据行业和当代安普瑞斯科技有限公司的定义，电动汽车快充是指充电电流大于1.6C的充电模式，即0%至80%充电时间小于30分钟的技术。综合各种观点，笔者提出充电率小于1.6C为慢充，1.6C-3C为小快充，以上3C为快充。大部分电动乘用车都能实现“小快充”，快充公交车的充电率大多集中在3C-5C。

如果我们形象地把锂离子电池比作摇椅，摇椅的两端就是电池的两极，锂离子就像一个优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑。充电时，电池正极产生锂离子，产生的锂离子通过电解液向负极移动。作为负极，碳具有层状结构，它具有许多微孔，供锂离子到达负极嵌入。嵌入的锂离子越多，充电容量越高。

快充过程中，锂离子需要加速，瞬间嵌入负极。这对负极快速接收锂离子的能力提出了巨大的挑战。普通化学系统的电池在快速充电时，负极会出现副产物，影响电芯的循环和稳定性。能量密度和功率密度，在同一个电池中，可以说是两个方向的权衡。

无论国家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，汽车的负载足够大时，就可以避免所谓的“里程焦虑”，对快速充电的需求就会降低。但是，如果成本不降低，就很难被市场接受。因此，如果能很好地控制电池成本，利用便捷的充电容量和适用的续航里程，可以大大缓解用户的焦虑，让快充有存在的价值。

二、不同技术路线电池的快速充电应用前景

充电速度与动力电池、充电桩、电动汽车、电网等整体技术和设计要求密切相关。，其中最大的影响因素是电池。我们具体讨论了不同类型动力电池在快充技术方向的应用趋势。几乎所有种类的正极材料都可以用来制造快充电池，但它们的适用性和优缺点是不同的。

1.三元快充电池更适合电动乘用车。

三元电池因其高能量密度而备受关注。这种材料本身具有优异的导电性，但其反应性太高，因此对快充的安全性提出了很大的挑战。

三元电池快充系统的代表企业有当代安普瑞斯科技有限公司、Bike等。当代安普瑞斯科技有限公司开发了“超导电子网络”和“快速离子环”技术，可在15分钟内实现5%至85%的SOC充电，能量密度为190Wh/kg，循环寿命超过2500次。主要应用领域为乘用车，预计2021年具备量产能力。

今年5月，BIC最新的3.0高能芯引入了硅基正极材料、高镍正极材料和专门研发的电解液，其能量密度高达250Wh/kg，可实现500公里的长续航里程。通过充电策略的设计，有效缩短了充电时间，提高了充电效率。在极端紧急模式下，充电10分钟即可行驶60公里。

根据燃油车的使用习惯，要在10-20分钟内给燃油车充满电，充电速率至少要达到3-6C。目前市面上的纯电动乘用车，大部分都是半小时到一小时充满80%的电量，比之前的两三个小时长很多，未来有望进一步压缩到20分钟以内。

2.磷酸亚铁锂快速充电和骑手是可用的。

磷酸亚铁锂在快充领域没有先天优势。从材料角度来看，磷酸亚铁锂材料的本征电导率相对较低，仅为三元材料的百分之一，因此有必要对磷酸亚铁锂材料的电导率进行优化，以满足快充的需求。但磷酸亚铁锂中的材料成本相对较低，技术背景成熟，产品性能稳定，具有广阔的应用前景。代表企业有当代安普瑞斯科技有限公司、沃特马等。

受理论能量密度极限的限制，磷酸亚铁锂能量密度的未来发展并不大空。但对于乘用车、物流车、专用车等商用车，采用的是磷酸亚铁锂系统，并不是提高能量密度所必须的，而快速充电越来越显示出其重要性。

3.锰酸锂电池适用于插电式混合动力公交车。

锰酸锂电池具有动力性能、放电倍率性能、低温性能好、电压频率高等特点，在三元体系上游原材料暴涨的情况下，锰酸锂的成本优势逐渐凸显。然而，能量密度和高温性能仍有待提高。近年来，锰酸锂快充电池在插电式混合动力客车领域的占比大幅提升，代表企业为中信国安梦古力、彭懿新能源、微动力。

但锰酸锂电池的高温循环性能并不好，正极掺杂可以提高锰酸锂电池的高温性能，但改性后的锰酸锂材料不再是原来的锰酸锂。“多组分复合材料”是工业上常用的材料。正极采用三元材料和锰酸锂混合体系，负极采用多孔复合碳进一步提高快充性能，但安全性仍需重点关注和持续提升。

4.钛酸锂快充电池适用于纯电动公交车。

钛酸锂动力电池以正极材料命名，负极材料为三元材料。珠海银隆、魏宏电力、天津卫玠是典型的企业。从性能上看，钛酸锂电池具有优异的低温性能、良好的安全性和循环利用性能，其倍率性能作为快充电池也得到了业界的认可。但目前钛酸锂存在两个突出问题:一是能量密度相对较低。在政策和市场都在加大能量密度的压力下，钛酸锂目前在整个动力电池市场的市场份额相对较低。其次，由于钛、镍、钴等高成本小金属材料的影响，钛酸锂电池的成本明显高于其他系统。

钛酸锂电池在循环寿命上明显优于其他快充电池，这是由材料本身的特性决定的，即“零应变”特性。但它缺点明显，能量密度低，只有三元体系的一半左右。此外，由于价格昂贵，目前大部分用于快充母线，迫切需要寻找更高电压的阴极材料和配套电解液来解决这一缺陷。

5.快速充电的新方向——钛铌氧化物阳极材料

钛铌氧化物是在钛酸锂的基础上发展起来的，其主要优点是钛铌氧化物的理论容量约为280毫安时/克，而钛酸锂的理论容量为175毫安时/克。

2021年10月，东芝正式宣布成功研发出新一代车用锂离子电池，预计2021年实现商业化。电池采用钛铌氧化物材料，与目前三元、磷酸亚铁锂等技术相比，是颠覆性的进步。新型电池具有能量密度高、充电效率高等优点。充电6分钟就能达到90%的电量，可行驶320公里。目前锂电池充电到80%的电量平均需要30分钟。

此外，“石墨烯电池”的概念一直炙手可热，但业内也存在争议。石墨烯主要用作锂电池的负极活性材料和导电添加剂。就单次快充容量而言，使用石墨烯作为导电剂或者用石墨烯包覆磷酸亚铁锂/三元锂材料可以达到更好的快充效果。但是从综合成本、工艺难度等指标来看，还是很有挑战性的。

三.快充产品的市场前景

高能量密度、快充电、低价格是用户最期待的理想动力电池产品。然而，“你不能既有蛋糕又吃它”。在现有的锂离子电池体系下，动力电池最重要的五个指标，如倍率性能、能量密度、寿命、安全性和价格，都固定在一个相对稳定的雷达图中。任何一项指标改善，其他指标都会相对吃亏。

目前，快充动力电池主要应用于新能源公交车，因为其对城市和受众单位的选择性较强，即有相对资金支持的城市或单位更青睐快充电池公交车。但从市场发展潜力来看，未来乘用车和专用物流车的增速和市场规模将高于客车，因此未来快充动力电池的消费结构将向这两类车型转移。

据电池中国数据显示，2021年中国快充客车产量为6486辆，电池装机容量达到597.52兆瓦时，占新能源客车总数的6%。其中，快充客车产品最高充电率为6.42C以3C-5C的速度，产量为4771辆，电池装机容量为480.68MWh；以5C-10C的速度，产量1715辆，电池装机容量116.84MWh目前快充公交车的快充速度主要在3C和5C之间。电池类型方面，2021年快充客车电池材料以钛酸锂为主，装机容量571.54Mwh，占比95.65%。

从2021年四类动力电池出货量来看，1.54GWh锰酸锂部分用于插电式混合动力汽车，部分满足小型快充要求，16GWh三元电池汽车部分满足小型快充要求。整体来看，三元快充电池适用于乘用车，磷酸亚铁锂、钛酸锂等快充电池适用于乘用车，锰酸锂快充电池适用于插电式混合动力汽车，钛铌氧化物还是快充的一个新方向。