快充技術(shù)正成為國(guó)內(nèi)外中高端純電車型標(biāo)配

摘要

近期車端、電池端、配套端一系列緊鑼密鼓的快充布局不難看出，圍繞電動(dòng)汽車快充的市場(chǎng)爭(zhēng)奪戰(zhàn)號(hào)角已經(jīng)吹響。

2020年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外主力電動(dòng)乘用車?yán)m(xù)航普遍突破600公里，消費(fèi)者續(xù)航焦慮逐步化解，但隨之而來(lái)的是，需求側(cè)對(duì)充電便捷性的考量，能否像傳統(tǒng)車加油一樣實(shí)現(xiàn)快速充電，成為用戶端關(guān)注的新“痛點(diǎn)”。

電池快充技術(shù)就是目前解決充電便捷性的關(guān)鍵突破口，也是車企和動(dòng)力電池企業(yè)角逐的主戰(zhàn)場(chǎng)。近期車端、電池端、配套端一系列緊鑼密鼓的快充布局不難看出，圍繞電動(dòng)汽車快充的市場(chǎng)爭(zhēng)奪戰(zhàn)號(hào)角已經(jīng)吹響。

車端來(lái)看，上海車展可見(jiàn)端倪，快充技術(shù)正成為國(guó)內(nèi)外中高端純電車型標(biāo)配。

國(guó)際品牌領(lǐng)域，起亞EV6全系車型支持400V和800V充電，電量從30%到80%僅14分鐘；現(xiàn)代IONIQ 5最新800V高電壓平臺(tái)支持高達(dá)350kW的超大功率充電。

寶馬BMW iX xDrive50、奧迪A6e-tronConcept、奔馳EQS、福特Mustang Mach-E、大眾ID.4 X、沃爾沃旗下極星Polestar 2等外資中高端新車均支持快充。

自主品牌奮起直追。北汽旗下極狐全新車型阿爾法S宣布搭載華為快充技術(shù)，充電10分鐘續(xù)航197公里，充電15分鐘電量可從30%充至80%；吉利旗下全新品牌車型極氪001支持最高360KW超級(jí)快充；東風(fēng)旗下嵐圖汽車宣布研發(fā)基于超高壓平臺(tái)的超級(jí)快充技術(shù)等。

上汽集團(tuán)旗下的新品牌IM智己直接邁入下一步，開(kāi)啟預(yù)售的IM智己 L7支持無(wú)線快充技術(shù)，預(yù)計(jì)2022年上半年交付。

此外，小鵬P7、蔚來(lái)ET7、高合HiPhi X等新勢(shì)力全新車型也都標(biāo)配快充。

車企紛紛認(rèn)可快充并將其納入車型標(biāo)配的背后邏輯在于，電動(dòng)汽車快充在電池端、供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)均有了不錯(cuò)進(jìn)展，能夠提供技術(shù)支撐及產(chǎn)品落地的可能。

電池端來(lái)看，越來(lái)越多的動(dòng)力電池企業(yè)推出快充電池技術(shù)及產(chǎn)品。

蜂巢近期首次對(duì)外發(fā)布全新快充技術(shù)和對(duì)應(yīng)的電芯，其中第二代4C快充電芯容量165Ah，能量密度大于260Wh/kg，20-80% SOC快充時(shí)間10分鐘，量產(chǎn)預(yù)計(jì)在2023年Q2。

領(lǐng)湃技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的離子快穿通道設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池4C充電，15分鐘充電5%-85%SoC。未來(lái)規(guī)劃動(dòng)力電池6C充電、充電時(shí)間小于10分鐘。

其實(shí)“老大哥”寧德時(shí)代也早已入局。其新快充技術(shù)能充分發(fā)揮自主研發(fā)的快充型電芯的快充性能，電芯充電速度提升一倍，可實(shí)現(xiàn)15分鐘充滿 80%SOC。目前其超快充技術(shù)已經(jīng)涵蓋超電子網(wǎng)、快離子環(huán)、各向同性石墨、超導(dǎo)電解液、高孔隙隔膜、多梯度極片等。

寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群曾公開(kāi)表示，寧德時(shí)代下一步的目標(biāo)，是要將快充時(shí)間繼續(xù)縮短至9分鐘。

除動(dòng)力電池企業(yè)外，部分車企快充電池布局更進(jìn)一步，將觸角直接伸向了快充電池的研發(fā)。

如廣汽推出石墨烯超級(jí)技術(shù)，規(guī)劃推出6C-500km、3C-500km兩個(gè)版本的快充電池，今年9月將首次搭載在廣汽埃安AION V上；保時(shí)捷亦披露正在研發(fā)硅負(fù)極取代傳統(tǒng)石墨負(fù)極的高性能電池，以獲得更高能量密度和快充性能。

在供應(yīng)鏈配套環(huán)節(jié)，華為近期推出業(yè)內(nèi)首個(gè)AI閃充動(dòng)力域全棧高壓解決方案，基于800V左右平臺(tái)架構(gòu)，包含了高壓車載充電系統(tǒng)、高壓異步電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、高壓同步電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、高壓電池管理系統(tǒng)、直流快充模塊、三電云及高壓熱管理系統(tǒng)。

搭載該技術(shù)的極狐阿爾法S（HI版）可以實(shí)現(xiàn)15分鐘充電電量從30%充至80%。預(yù)計(jì)到2025年，華為將推出1000V電壓，600kW功率的高壓快充方案，5分鐘即可實(shí)現(xiàn)SOC30%-80%的充電，滿足用戶“加油一般的充電體驗(yàn)”。

總體來(lái)看，電動(dòng)汽車快充需要產(chǎn)業(yè)鏈多環(huán)節(jié)的共同配合，如車端需要車載高壓系統(tǒng)提供高功率輸出，以及電池包、電驅(qū)動(dòng)、PTC、空調(diào)等產(chǎn)業(yè)鏈配套，充電樁環(huán)節(jié)及電網(wǎng)則提供持續(xù)的高功率輸出等等。

快充動(dòng)力電池“在路上”

中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高院士此前曾公開(kāi)表示，解決充電焦慮，需要更大功率快充，而采用超級(jí)快充是必然趨勢(shì)，電動(dòng)汽車需要推進(jìn)超800V的電壓平臺(tái)。歐陽(yáng)明高的判斷是，從全產(chǎn)業(yè)鏈角度分析，主要高壓零部件在2021年年底基本實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

在動(dòng)力電池環(huán)節(jié)，電池快充能力取決于電芯析鋰和熱管理?？斐溥^(guò)程中，若負(fù)極沒(méi)有高速嵌鋰能力，則會(huì)出現(xiàn)析鋰甚至鋰枝晶，進(jìn)而導(dǎo)致電池容量不可逆衰減和縮短使用壽命。此外，電池升溫快會(huì)產(chǎn)生大量熱，容易短路起火，同時(shí)電解液也需要較高導(dǎo)電率，并且不與正負(fù)極反應(yīng)，能抗高溫、阻燃、防過(guò)充。

基于此，各電池企業(yè)在快充技術(shù)研發(fā)上各顯身手。目前快充電池研發(fā)核心在材料領(lǐng)域，且集中為正極、負(fù)極及電解液三大維度，尤其需要提升負(fù)極鋰離子電荷交換速度和鋰離子嵌入速率。同時(shí)在極片制備、結(jié)構(gòu)件過(guò)流仿真測(cè)試、快充策略制定等進(jìn)行多項(xiàng)優(yōu)化創(chuàng)新。

寧德時(shí)代的策略是負(fù)極導(dǎo)入各向同性技術(shù)，使鋰離子可360度嵌入石墨通道，顯著提升充電速度，同時(shí)修飾多孔包覆層的陽(yáng)極材料表面，提供豐富的鋰離子交換所需要的活性位點(diǎn)，極大地提高鋰離子電荷交換速度和鋰離子的嵌入速率。

正極領(lǐng)域采用超電子網(wǎng)充分納米化的材料表面，搭建了四通八達(dá)的電子網(wǎng)絡(luò)，使得正極材料對(duì)充電信號(hào)的響應(yīng)速度，和鋰離子脫出速率得到大幅度提升。

此外，寧德時(shí)代還引入擁有超強(qiáng)運(yùn)輸能力的超導(dǎo)電解液，提升鋰離子在液相和界面的傳輸速度，通過(guò)調(diào)控極片多孔結(jié)構(gòu)的梯度分布，實(shí)現(xiàn)上層高孔隙率結(jié)構(gòu)，下層高壓實(shí)密度結(jié)構(gòu)等等。

蜂巢能源在正極環(huán)節(jié)采用了前驅(qū)體定向生長(zhǎng)精準(zhǔn)控制技術(shù)、多梯度立體摻雜技術(shù)、柔性包覆技術(shù)三大技術(shù)，如體相摻雜及表面摻雜多元素協(xié)同作用，穩(wěn)定高鎳材料晶格結(jié)構(gòu)，同時(shí)降低界面氧化性，循環(huán)提升20％，產(chǎn)氣降低30％以上。

負(fù)極領(lǐng)域，其研發(fā)原料種類及選擇技術(shù)、原料破碎整形技術(shù)、表面改性技術(shù)及造粒技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)。其中，表面改性技術(shù)采用液相包覆技術(shù)石墨表面包覆無(wú)定形碳，降低阻抗，提升鋰離子的通道，使其阻抗降低20%，而造粒技術(shù)能夠精確控制粒徑間的形貌、取向等造粒技術(shù)，滿電膨脹降低膨脹3-5%。

與此同時(shí)，蜂巢采用含硫添加劑/鋰鹽添加劑等低阻抗添加劑體系的電解液，降低正負(fù)極界面成膜阻抗，并積極在極片制備、結(jié)構(gòu)件過(guò)流仿真測(cè)試、快充策略制定等進(jìn)行了多項(xiàng)優(yōu)化創(chuàng)新。

領(lǐng)湃新能源的快充解決方案涵蓋堡壘型正極材料、自創(chuàng)六元助推添加劑、負(fù)極圍觀打磨技術(shù)及獨(dú)家智能充電解決方案。

其堅(jiān)固的堡壘型結(jié)構(gòu)有效抑制結(jié)構(gòu)坍塌，同時(shí)為鋰離子提供高效進(jìn)出通道；六種添加劑協(xié)同，最大化減少阻抗，改善交界處的SEI膜，實(shí)現(xiàn)電池快捷充放電；改善碳基網(wǎng)絡(luò)原有結(jié)構(gòu)，利于離子著陸的同時(shí)脫鋰嵌鋰更為有序且高效；根據(jù)電池實(shí)時(shí)電量與溫度情況，智能化調(diào)控充電倍率，保障安全快速充電。

車企憑借其對(duì)車端的優(yōu)勢(shì)，切入快充動(dòng)力電池的研發(fā)與電池企業(yè)略有不同。

廣汽研發(fā)的快充電池通過(guò)使用新型導(dǎo)電劑，搭建高效的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高電芯導(dǎo)電能力；采用涂覆陶瓷隔膜和新型高功率電解液，提高電池的倍率性能和熱穩(wěn)定性，使得電芯可進(jìn)行高倍率持續(xù)充電。

此外，廣汽采用高電壓平臺(tái)，保證快速充電和高續(xù)航里程；考慮到大電流快充引起的電芯發(fā)熱量較大的問(wèn)題，廣汽將電芯內(nèi)阻降低50%，6C電芯容量30Ah；采用新型雙層液冷設(shè)計(jì)，常溫6C快充循環(huán)可達(dá)100萬(wàn)公里。

快充技術(shù)趨勢(shì)確定，但業(yè)內(nèi)一致的判斷是，要實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池能量密度、安全、使用壽命及充電速度間關(guān)系的最終平衡，電池企業(yè)還有一段很長(zhǎng)的路要走。目前僅寧德時(shí)代一家企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品落地。

而互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大牛華為的入場(chǎng)，無(wú)疑將加速該市場(chǎng)的產(chǎn)業(yè)化落地。

與此同時(shí)，政策為超快充的普及掃清了最后的障礙。充電標(biāo)準(zhǔn)、電池標(biāo)準(zhǔn)等等在不同國(guó)家諸多車企的呼吁之下走向大一統(tǒng)，充分地最大化電動(dòng)汽車的推廣范圍和使用便利性。

目前被國(guó)際上廣泛接受的電動(dòng)汽車直流充電技術(shù)，無(wú)論是ChaojiCHAdemo還是CCS，均已樹(shù)立450kW以上的充電功率目標(biāo)，如此高的功率已經(jīng)打破了原有的電壓和電流的限制，為充電樁企業(yè)和車企指明了前行的方向。

需要強(qiáng)調(diào)的是，電動(dòng)汽車快充的最終落地，單一企業(yè)孤軍奮戰(zhàn)不可能完成，不僅需要車、電池、樁三方聯(lián)動(dòng)，也迫切需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同共進(jìn)，共同推進(jìn)電動(dòng)汽車高壓快充發(fā)展。

如要在15分鐘充滿60度或80度電，功率要達(dá)到240kw或者320kw，意味著一根充電樁的功率要接近一棟居民樓，電網(wǎng)瞬時(shí)難以承受如此大的沖擊。此外，快充高壓條件下車上電池包、電驅(qū)動(dòng)、PTC、空調(diào)等都需重新適配，對(duì)供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)提出新的挑戰(zhàn)。

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