電動(dòng)汽車(chē)在使用中，消費(fèi)者最為擔(dān)心的還是充電時(shí)間和續(xù)航里程的問(wèn)題，在目前的技術(shù)水平下，充電時(shí)間與續(xù)航里程難以兼得，因此動(dòng)力鋰電池也就發(fā)展出了兩條路線，一種是專(zhuān)注續(xù)航里程的比能量派，重要是通過(guò)不斷的提高鋰離子電池的比能量，從而新增電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程;第二種是專(zhuān)注減少充電時(shí)間的快充派，重要是通過(guò)改善鋰離子電池的快充性能，縮短電動(dòng)汽車(chē)的充電時(shí)間。隨著技術(shù)進(jìn)步和對(duì)鋰離子電池材料的深入研究，快充技術(shù)曾經(jīng)遇到的難題可能也會(huì)一一迎刃而解。

●綜合多方意見(jiàn)，可以含義充電倍率小于1.6C為慢充，1.6C-3C為小快充，3C以上為快充。

●不同技術(shù)路線的快充型動(dòng)力鋰電池各有優(yōu)劣，適用不同的新能源產(chǎn)品。

●三元快充電池適合乘用車(chē)，鈦酸鋰等適合客車(chē)，鈦鈮氧化物或?qū)⑹强斐湫路较颉?/p>

●目前快充型電池重要在客車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用較多，未來(lái)快充型動(dòng)力鋰電池的消費(fèi)結(jié)構(gòu)將會(huì)向用車(chē)、專(zhuān)用物流車(chē)偏移。

一、如何理解快充?

要理解快充，一個(gè)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)是逃不掉的充放電倍率C，可以簡(jiǎn)單理解為充、放電的速率。鋰離子電池的充放電倍率，決定了我們可以用多快的速度，將一定的能量存儲(chǔ)到電池里面，或者以多快的速度，將電池里面的能量釋放出來(lái)。

根據(jù)2018年新能源汽車(chē)補(bǔ)貼政策，充電倍率小于3C的屬于非快充類(lèi)純電動(dòng)客車(chē)，充電倍率高于(含)3C則屬于快充類(lèi)純電動(dòng)客車(chē)類(lèi)。但快充的補(bǔ)貼劃分只針對(duì)新能源客車(chē)，無(wú)乘用車(chē)和物流車(chē)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)業(yè)界及寧德時(shí)代的含義，電動(dòng)汽車(chē)快充是指充電電流大于1.6C的充電方式，也就是從0%充電到80%時(shí)間小于30分鐘的技術(shù)。筆者綜合多方意見(jiàn)，提出充電倍率小于1.6C為慢充，1.6C-3C為小快充，3C以上為快充。多數(shù)電動(dòng)乘用車(chē)都能達(dá)到小快充，快充型客車(chē)的充電倍率則大部分集中在3C-5C。

假如我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就像優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)健將，在搖椅的兩端來(lái)回奔跑。充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，以供到達(dá)負(fù)極的鋰離子嵌入。嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。

快充時(shí)，鋰離子要加速瞬時(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。普通化學(xué)體系的電池在快充時(shí)負(fù)極會(huì)出現(xiàn)副產(chǎn)物，影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性。能量密度與功率密度，在同一只電池中可以說(shuō)是顧此失彼的兩個(gè)方向。

無(wú)論是國(guó)家政策導(dǎo)向還是公司技術(shù)布局，普遍追求高能量密度。當(dāng)動(dòng)力鋰電池的能量密度足夠高，一臺(tái)車(chē)裝載電量足夠大，可以防止所謂里程焦慮，關(guān)于快速充電的需求就會(huì)降低。但是，電量大了，假如成本沒(méi)有降下來(lái)也很難被市場(chǎng)接受。因此，假如能在控制好電池成本的前提下，用便捷的充電能力+適用的續(xù)航里程，就能極大緩解用戶(hù)焦慮，這樣一來(lái)快充就有存在的價(jià)值。

二、不同技術(shù)路線電池的快充應(yīng)用前景

充電的快慢和動(dòng)力鋰電池、充電樁、電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)、電網(wǎng)等整體技術(shù)和設(shè)計(jì)要求都息息相關(guān)，其中最大的影響因素還是在于電池。我們具體來(lái)討論不同類(lèi)型的動(dòng)力鋰電池在快充技術(shù)方向上的應(yīng)用趨勢(shì)。各種正極材料幾乎都可以用來(lái)制造快充型電池，但適用性和優(yōu)劣各不相同。

1、三元快充型電池更適用于電動(dòng)乘用車(chē)

三元電池因其有較高的能量密度更受到重視，材料本身導(dǎo)電性能優(yōu)異，但反應(yīng)活性太高，因此對(duì)快充安全性提出了較大的挑戰(zhàn)。

三元電池快充體系的代表公司有寧德時(shí)代、比克等。寧德時(shí)代研發(fā)了超導(dǎo)電子網(wǎng)和快離子環(huán)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)15分鐘內(nèi)SOC從5%充電到85%，能量密度190Wh/kg，循環(huán)壽命超過(guò)2500次，重要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槌擞密?chē)，預(yù)計(jì)2018年內(nèi)具有批量生產(chǎn)的能力。

比克今年五月最新推出的3.0高能芯通過(guò)引入硅系負(fù)極材料、高鎳正極材料，以及專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的電解液，其能量密度高達(dá)近250Wh/kg，可實(shí)現(xiàn)500公里超長(zhǎng)續(xù)航里程。通過(guò)充電策略設(shè)計(jì)，有效縮短充電時(shí)間，提高充電效率。在極端的應(yīng)急模式下，充電10分鐘可行駛60公里。

按照燃油車(chē)的使用習(xí)慣，要實(shí)現(xiàn)充電時(shí)間在10-20分鐘以?xún)?nèi)完全充滿(mǎn)電，充電倍率至少要3-6C之間。目前市面上的純電動(dòng)乘用車(chē)大多數(shù)是半小時(shí)到1小時(shí)充滿(mǎn)80%電量，比以前兩三小時(shí)的充電時(shí)間已提升了不少，未來(lái)有望進(jìn)一步壓縮到20分鐘內(nèi)。

2、磷酸鐵鋰快充乘商均可用

磷酸鐵鋰在快充領(lǐng)域不具有先天優(yōu)勢(shì)，從材料上看，磷酸鐵鋰材料的本征電導(dǎo)率比較低，僅為三元材料的百分之一，要對(duì)磷酸鐵鋰材料進(jìn)行導(dǎo)電性?xún)?yōu)化才能滿(mǎn)足快充的需求。但磷酸鐵鋰的材料成本相對(duì)較低，結(jié)合成熟的技術(shù)背景及穩(wěn)定的產(chǎn)品性能，有較為廣泛的應(yīng)用前景，代表公司有寧德時(shí)代、沃特瑪?shù)取?/p>

受限于理論能量密度的極值限制，磷酸鐵鋰未來(lái)在能量密度方面的發(fā)揮空間不大。但關(guān)于客車(chē)、物流車(chē)、專(zhuān)用車(chē)等商用車(chē)現(xiàn)已選用磷酸鐵鋰體系而言，關(guān)于能量密度的提升并不是必須的，而快充則越來(lái)越體現(xiàn)出其重要性。

3、錳酸鋰離子電池適用于插電式混動(dòng)客車(chē)

錳酸鋰離子電池具備功率性能、放電倍率性能、低溫性能好，電壓頻率高的特點(diǎn)，且在三元上游原材料瘋漲的態(tài)勢(shì)下，錳酸鋰的成本優(yōu)勢(shì)正在逐步突顯。但在能量密度、高溫性能等方面仍然要提升。近年來(lái)，錳酸鋰快充電池在插電式混動(dòng)客車(chē)領(lǐng)域占比上升顯著，代表公司為中信國(guó)安盟固利、億鵬新能源、微宏動(dòng)力。

然而，錳酸鋰離子電池在高溫條件下循環(huán)性能欠佳，通過(guò)正極摻雜可以改善錳酸鋰離子電池高溫性能，但改性后的錳酸鋰材料已非原來(lái)的錳酸鋰了。業(yè)內(nèi)常用多元復(fù)合材料，正極采用三元材料和錳酸鋰混合體系，負(fù)極則采用多孔復(fù)合碳，進(jìn)一步提升快充的性能，但安全性仍然要重點(diǎn)關(guān)注并不斷提升改進(jìn)。

4、鈦酸鋰快充電池適用于純電動(dòng)客車(chē)

鈦酸鋰動(dòng)力鋰電池是以負(fù)極材料命名，正極采用三元材料，以珠海銀隆、微宏動(dòng)力、天津捷威為典型公司。從性能來(lái)看，鈦酸鋰離子電池的低溫性能優(yōu)越、安全性和循環(huán)使用性能較好，作為快充電池的倍率性能也得到業(yè)界的肯定。但是鈦酸鋰目前突出的問(wèn)題有兩點(diǎn)：其一，能量密度相對(duì)較低，在政策、市場(chǎng)均要求不斷提升能量密度的壓力下，當(dāng)前鈦酸鋰的市場(chǎng)份額在整個(gè)動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)中占比較低。其二，受高成本的小金屬材料如鈦、鎳、鈷的影響，鈦酸鋰離子電池成本明顯要高于其他體系。

鈦酸鋰離子電池在循環(huán)壽命方面明顯優(yōu)于其他體系快充型電池，這因材料本身特性，即零應(yīng)變特性決定。但其劣勢(shì)明顯，能量密度較低，能量密度只有三元體系的一半左右。再加之價(jià)格偏高，目前大多是在快充公交上應(yīng)用，后續(xù)亟需尋求更高電壓的正極材料及匹配電解液來(lái)解決此缺陷。

5、快充新方向鈦鈮氧化物負(fù)極材料

鈦鈮氧化物是基于鈦酸鋰的基礎(chǔ)上研發(fā)出現(xiàn)的，重要優(yōu)勢(shì)在于相關(guān)于鈦酸鋰?yán)碚撊萘?75mAh/g，鈦鈮氧化物的理論容量在280mAh/g左右。

2017年十月，東芝官方宣布已成功研發(fā)新一代車(chē)用鋰離子電池，有望在2019年商用。該電池采用鈦鈮氧化物材料，相對(duì)目前三元、磷酸鐵鋰等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)顛覆性進(jìn)步。新電池具備能量密度高、充電效率快等優(yōu)點(diǎn)，只需充電6分鐘就能達(dá)到90%的電量，可行駛320公里。目前鋰離子電池平均需30分鐘才能充至80%電量。

此外，石墨烯電池的概念一直比較火熱，但行業(yè)內(nèi)也存在爭(zhēng)議。在鋰離子電池中應(yīng)用，石墨烯重要做負(fù)極活性材料和導(dǎo)電添加劑。單就快充能力來(lái)看，采用石墨烯作為導(dǎo)電劑，或用石墨烯包覆磷酸鐵鋰/三元鋰材料，能達(dá)到較好快充效果。但綜合成本、工藝難度等指標(biāo)來(lái)看，仍有很大挑戰(zhàn)性。

三、快充產(chǎn)品市場(chǎng)前景

能量密度高，充電快，價(jià)格便宜，這是用戶(hù)最期待的理想型動(dòng)力鋰電池產(chǎn)品。然而魚(yú)與熊掌不可兼得，在現(xiàn)有的鋰離子電池體系下，倍率性能、能量密度、壽命、安全性、價(jià)格等動(dòng)力鋰電池最重要的五個(gè)指標(biāo)都固定在比較穩(wěn)定的特種圖里面，提高任何一個(gè)指標(biāo)，其他的指標(biāo)相對(duì)來(lái)說(shuō)都會(huì)受到損失。

目前快充動(dòng)力鋰電池重要應(yīng)用于新能源客車(chē)，因其對(duì)城市及受眾單位選擇性強(qiáng)，即有相對(duì)財(cái)力支持的城市或單位，比較傾向于快充型電池客車(chē)。但從市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿?lái)看，未來(lái)乘用車(chē)、專(zhuān)用物流車(chē)的增速及市場(chǎng)規(guī)模將高于客車(chē)，因此未來(lái)快充型動(dòng)力鋰電池的消費(fèi)結(jié)構(gòu)將會(huì)向這兩類(lèi)車(chē)型偏移。

根據(jù)電池我國(guó)數(shù)據(jù)，2017年我國(guó)快充客車(chē)產(chǎn)量6486輛，電池裝機(jī)量達(dá)597.52MWh，占新能源客車(chē)總量的6%。其中，快充客車(chē)產(chǎn)品充電倍率最高為6.42C。倍率在3C-5C車(chē)型產(chǎn)量為4771輛，電池裝機(jī)量為480.68MWh;倍率在5C-10C車(chē)型產(chǎn)量為1715輛，電池裝機(jī)量為116.84MWh。目前快充客車(chē)快充倍率重要集中在3C-5C之間。從電池類(lèi)型來(lái)看，2017年快充客車(chē)的電池材料重要以鈦酸鋰為主，裝機(jī)量為571.54Mwh，占比95.65%。

根據(jù)2017年4種類(lèi)型動(dòng)力鋰電池出貨量，1.54GWh錳酸鋰部分用于插電式混動(dòng)汽車(chē)，部分滿(mǎn)足小快充要求，16GWh三元電池汽車(chē)部分滿(mǎn)足小快充要求。整體來(lái)看，三元快充電池適合乘用車(chē)，磷酸鐵鋰、鈦酸鋰等快充電池適合客車(chē)，錳酸鋰快充電池適合插電式混動(dòng)汽車(chē)，鈦鈮氧化物或是快充新方向。沃特瑪目前正通過(guò)狠抓電池技術(shù)創(chuàng)新等手段，來(lái)破局當(dāng)前面對(duì)的續(xù)航里程困境。電池技術(shù)方面，快充技術(shù)已成為沃特瑪?shù)暮诵母?jìng)爭(zhēng)力。沃特瑪高倍率快充電池采用小粒徑LFP、小粒徑人造石墨、快充電解液以及高孔隙率隔膜，以保證電池的快充性能，沃特瑪32650－5．0Ah電池已實(shí)現(xiàn)6C充電恒流比90％，6C循環(huán)1000周，3C循環(huán)2000周。

基于沃特瑪領(lǐng)先的高倍率快充技術(shù)和淺充淺放的模式，純電動(dòng)物流車(chē)可利用裝卸貨時(shí)間快速充電10分鐘，補(bǔ)電30％SOC，完全能保證電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)營(yíng)需求。目前沃特瑪電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)單體6C充放電、成組2－3C充放電，即20－30分鐘充滿(mǎn)電，快充速度是同行2－4倍以上。

創(chuàng)新的電池技術(shù)，使沃特瑪突破續(xù)航瓶頸，贏得了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可。截至六月二日，沃特瑪已經(jīng)配套推薦目錄車(chē)型共計(jì)119款，其中純電動(dòng)物流車(chē)50款，排名第一。