從動(dòng)力電池看電動(dòng)汽車快充發(fā)展方向

2018年快充汽車市場(chǎng)預(yù)計(jì)百億。

我們定義慢充<1.6C，小快充1.6C~3C，快充≥3C，2017年快充客車產(chǎn)量6486輛，市場(chǎng)規(guī)模50億，磷酸鐵鋰、鈦酸鋰快充電池適合客車，三元快充電池適合乘用車、物流車，錳酸鋰快充電池適合PHEV插電混動(dòng)汽車，2018年快充汽車市場(chǎng)預(yù)計(jì)百億。

百億市場(chǎng)

1.快充定義：慢充<1.6C，小快充1.6C~3C，快充≥3C

要理解快充，一個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)是逃脫不掉的。C!C是什么？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，決定了我們可以以多快的速度，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。

舉個(gè)例子，1C的電流，從滿電到放電完全是用1/1=1小時(shí)，2C=1/2小時(shí)，也就是30分鐘，4C，則耗時(shí)15分鐘。

根據(jù)2018年新能源汽車補(bǔ)貼政策，充電倍率小于3C的屬于非快充類純電動(dòng)客車，充電倍率高于(含)3C則屬于快充類純電動(dòng)客車類，但補(bǔ)貼政策只針對(duì)新能源客車，無乘用車和物流車標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)業(yè)界及CATL定義，電動(dòng)汽車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)。

筆者綜合兩方意見，提出<1.6C為慢充，1.6C~3C為小快充，3C以上為快充。

2.2017年快充客車產(chǎn)量6486輛，市場(chǎng)規(guī)模50億

根據(jù)電池中國(guó)數(shù)據(jù)，2017年我國(guó)快充客車產(chǎn)量6486輛，裝機(jī)量597.52MWh，占新能源客車總量的6%，市場(chǎng)容量約50億。

在2017年快充客車中，最高倍率為6.42C。倍率在3C-5C車型產(chǎn)量為4771輛，裝機(jī)量為480.68MWh；倍率在5C-10C車型產(chǎn)量為1715輛，裝機(jī)量為116.84MWh。目前快充客車快充倍率主要集中在3C-5C之間。

電池帶電量在80-120kwh的裝機(jī)量為488.88Mkwh，占比82.15%，比重最高。

從材料來看，2017年快充客車材料主要以鈦酸鋰為主，裝機(jī)量為571.54Mwh，占比95.65%，磷酸鐵鋰、錳酸鋰、超級(jí)電容和鎳氫電池材料均可實(shí)現(xiàn)快充功能，但技術(shù)應(yīng)用尚不成熟，所占比重極小。

3.2017年小快充市場(chǎng)約50億

根據(jù)2017年4種類型動(dòng)力電池出貨量，1.54GWh錳酸鋰主要用于PHEV插電混動(dòng)汽車，部分滿足小快充要求，16GWh三元電池汽車部分滿足小快充要求，綜合估算小快充汽車市場(chǎng)約50億。

技術(shù)路線

4.快充技術(shù)原理

如果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)，鋰離子需要加速瞬時(shí)嵌入到負(fù)極。這對(duì)負(fù)極的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。

能量密度與快充性能，在同一只電池中，可以說是不相容的兩個(gè)方向，不可兼得。

電池能量密度的追求，目前看是主流。當(dāng)能量密度足夠高，一臺(tái)車裝載電量足夠大，足以避免所謂“里程焦慮”，電池倍率充電性能的需求就會(huì)降低。

但是，電量大了，如果電池度電成本不夠低，那么是否要可丁可卯的購(gòu)買足以“不焦慮”的電量，就需要消費(fèi)者做出選擇，這么一想，快充就有存在的價(jià)值。

5.磷酸鐵鋰快充電池適合客車

磷酸鐵鋰快充電池是在技術(shù)最為成熟的磷酸鐵鋰體系內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化和潛力挖掘，材料成本相對(duì)較低，再結(jié)合成熟的技術(shù)背景及穩(wěn)定的產(chǎn)品性能，發(fā)展?jié)摿薮?。代表企業(yè)有寧德時(shí)代(CATL)和沃特瑪?shù)取?/p>

寧德時(shí)代采用“超級(jí)鐵鋰+高能量密度快充石墨”體系快充電池，5C產(chǎn)品系統(tǒng)能量密度在70Wh/kg以上，3C型產(chǎn)品在115Wh/kg以上，循環(huán)壽命可達(dá)10000次。

正極方面開發(fā)了“超電子網(wǎng)”技術(shù)，增強(qiáng)磷酸鐵鋰的電子導(dǎo)電性能，可達(dá)三元材料的1000倍

負(fù)極石墨表面采用“快離子環(huán)”技術(shù)，相當(dāng)于在石墨表面打造一圈高速跑道，極大地加快鋰離子在石墨層的嵌入，修飾后的石墨兼顧超級(jí)快充和高能量密度的特性。

熱管理系統(tǒng)充分識(shí)別固定化學(xué)體系在不同溫度和SOC下的“健康充電區(qū)間”，做到“全氣候”快充。

沃特瑪在正極材料方面，使用粒徑更小的100nm~300nm磷酸鐵鋰，而市場(chǎng)上普遍的磷酸鐵鋰粒徑在300~600nm之間，這樣鋰離子將擁有更快的遷移速度，能夠更大倍率的電流進(jìn)行充放電。

在負(fù)極材料方面，沃特碼也是采用粒徑更小的人造石墨進(jìn)行碳包覆：小粒徑有利于鋰離子的脫離和嵌入;碳包覆能對(duì)電池的循環(huán)壽命進(jìn)行優(yōu)化改善;微孔的碳結(jié)構(gòu)有利于電解液的吸附和保液從而起到改善循環(huán)壽命的作用。

受限于理論能量密度的極值限制，磷酸鐵鋰未來在能量密度方面的發(fā)揮空間不大。但對(duì)于客車、物流車、專用車等商用車現(xiàn)已選用磷酸鐵鋰體系而言，快充則越來越體現(xiàn)出其重要性。

6.三元快充電池適合乘用車、物流車

三元體系快充體系，因其有更高的能量密度使該體系更受到重視，代表企業(yè)有寧德時(shí)代等。

寧德時(shí)代研發(fā)的“超導(dǎo)電子網(wǎng)”和“快離子環(huán)”技術(shù)在三元體系應(yīng)用更佳，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2500次，預(yù)計(jì)在2018年內(nèi)具有批量生產(chǎn)能力，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槌擞密嚒?/p>

7.錳酸鋰快充電池適合PHEV插電混動(dòng)汽車

錳酸鋰電池具備功率性能、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。

但采用此種負(fù)極材料所導(dǎo)致的缺點(diǎn)也是很明顯的，首先是循環(huán)壽命不夠長(zhǎng)，另外在能量密度、高溫性能等方面仍然需要重點(diǎn)關(guān)注，并需要不斷通過實(shí)踐來檢驗(yàn)。

近年來，錳酸鋰快充電池在插電式混動(dòng)客車領(lǐng)域占比增長(zhǎng)顯著，代表企業(yè)為中信國(guó)安盟固利、億鵬新能源、微宏動(dòng)力。

中信國(guó)安盟固利：從技術(shù)上講，盟固利錳酸鋰體系快充電池主要是從管理系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面來解決。從管理系統(tǒng)輸入解決電池?zé)崾Э貑栴}，到電池安全閥設(shè)計(jì)，再到電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決散熱問題等。

億鵬能源：主打快充類軟包錳酸鋰技術(shù)路線，主要應(yīng)用于插電式混合動(dòng)力大巴領(lǐng)域，目前產(chǎn)品以18Ah、26Ah為主。

微宏動(dòng)力：微宏動(dòng)力2017年4月底，發(fā)布新一代MpCO高能量密度電池，采用了高容量高功率錳酸鋰正極材料，單體能量密度達(dá)到170wh/kg，較上一代產(chǎn)品提升41.7%，實(shí)現(xiàn)15分鐘快充，在保持快充與長(zhǎng)壽命能力的基礎(chǔ)上更具成本優(yōu)勢(shì)。

然而，錳酸鋰電池高溫條件下循環(huán)性能不好是電池企業(yè)需要長(zhǎng)期攻關(guān)的問題，通過正極摻雜可以改善錳酸鋰電池高溫性能，然而改性后的錳酸鋰材料已非“原來的錳酸鋰”了。

8.鈦酸鋰快充電池適合客車

鈦酸鋰動(dòng)力電池是以負(fù)極材料命名，正極采用三元材料，以珠海銀隆、微宏動(dòng)力、天津捷威為典型企業(yè)。

從性能來看，鈦酸鋰電池的低溫性能優(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，鈦酸鋰電池成本明顯要高于其他體系。

珠海銀?。?011年，銀隆戰(zhàn)略收購(gòu)全球最先進(jìn)的鈦酸鋰電池材料和儲(chǔ)能系統(tǒng)生產(chǎn)廠商——美國(guó)奧鈦納米科技主要股權(quán)，奧鈦鈦酸鋰材料一次顆粒才是實(shí)際意義上的納米級(jí)鈦酸鋰，一次顆粒40-60nm，而國(guó)內(nèi)其他企業(yè)所生產(chǎn)的鈦酸鋰材料一次顆粒均在150-350nm，基于鈦酸鋰材料本征導(dǎo)電性差，一次顆粒越小，電子通過路徑變得更短，因此導(dǎo)電性相對(duì)更好，更能實(shí)現(xiàn)大倍率充放電。

微宏動(dòng)力：鈦酸鋰快充電池是微宏動(dòng)力最早研發(fā)的一款，采用改性鈦酸鋰材料技術(shù)，被稱為第一代LpTO鈦酸鋰電池，LpTO鈦酸鋰電池從材料本身化學(xué)特性上，與普通鋰電池有較大區(qū)別，專門針對(duì)重型商用車輛與儲(chǔ)能應(yīng)用的需求設(shè)計(jì)。

采用微宏專利技術(shù)的改進(jìn)鈦酸鋰材料作為負(fù)極材料，有效防止電解液于電極之間發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)保障安全，能有效地抑制普通鈦酸鋰電池常常遇到的脹氣問題，充分發(fā)揮其超長(zhǎng)循環(huán)壽命。LpTO鈦酸鋰電池?fù)碛?0分鐘快速充滿電、25000次循環(huán)壽命。

天津捷威：捷威動(dòng)力在鈦酸鋰電池材料體系設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)制造核心技術(shù)方面擁有完全獨(dú)立的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并且采用國(guó)際最先進(jìn)的鋰離子電池制備技術(shù)和工藝，以及當(dāng)前世界上最先進(jìn)、自動(dòng)化程度最高的電池生產(chǎn)線。

電池性能方面，6C放電容量保持率達(dá)到95%，且-20℃放電容量保持率達(dá)到77%。捷威動(dòng)力具備生產(chǎn)大容量單體鈦酸鋰電池的技術(shù)及能力，單體電池容量達(dá)到60Ah，是世界上容量最大的大尺寸鈦酸鋰電池。并且其生產(chǎn)鈦酸鋰鋰電池的技術(shù)管控最高，從工藝設(shè)計(jì)及制作管控上解決了鈦酸鋰脹氣問題。

鈦酸鋰電池在循環(huán)壽命方面明顯優(yōu)于其他體系快充型電池，這因材料本省特性，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)亟需尋求更高電壓正極材料及匹配電解液來解決此缺陷。

9.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)產(chǎn)生的，主要優(yōu)勢(shì)在于相對(duì)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，且具有較高的首效。其優(yōu)勢(shì)在于從材料本征克容量高彌補(bǔ)了其工作對(duì)鋰電壓高的缺陷。

2017年10月，東芝官方宣布已成功研發(fā)新一代車用鋰離子電池，有望在2019年商用。該電池采用鈦鈮氧化物陽(yáng)極材料，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。

產(chǎn)業(yè)推進(jìn)

10.對(duì)比分析——客車快充、乘用車物流車小快充

能量密度高，能快充，價(jià)格便宜，這是用戶最期待的理想型動(dòng)力電池產(chǎn)品。然而“魚與熊掌不可兼得”，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)力電池最重要的五個(gè)指標(biāo)都固定在比較穩(wěn)定的雷達(dá)圖里面，提高任何一個(gè)指標(biāo)，其他的指標(biāo)相對(duì)來說都會(huì)受到損失。

綜合考慮各方面，后續(xù)發(fā)展趨勢(shì)為客車快充化、乘用車物流車小快充化。

11.典型項(xiàng)目——北京大1路

目前快充型動(dòng)力電池主要應(yīng)用于城市公交等客車領(lǐng)域，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。

2014年9月，珠海銀隆生產(chǎn)的12輛純電動(dòng)仿古觀光旅游巴士抵達(dá)北京，這一家全新的新能源客車企業(yè)才開始進(jìn)入公眾視線；

2016年7月，北京公交公司采購(gòu)了400輛銀隆新能源公交，如今，在北京二環(huán)線（44路環(huán)二環(huán)行駛）上，已經(jīng)是隨處可見銀隆大巴了。

十九大召開的前幾天，珠海銀隆中標(biāo)90臺(tái)北京公交1路18米純電動(dòng)巴士，批量交付上線。

北京公交1路，是行駛在長(zhǎng)安街的“國(guó)線”，北京公交公司財(cái)力雄厚，主要要求對(duì)電池性能使用便利化，選用銀隆鈦酸鋰快充動(dòng)力電池組客車替代原有車型。

該車型充電車輛長(zhǎng)度達(dá)到18米，行駛用電量每公里約1.5度電，車輛從老山站出發(fā)到達(dá)終點(diǎn)站四惠站，全長(zhǎng)27.1公里，往返需要85度電?！按?路”車輛配置了高安全、高穩(wěn)定的鈦酸鋰快充動(dòng)力電池組，15分鐘即可完成整車充電，最大續(xù)航里程可達(dá)130公里。

12.珠海銀隆——投資換市場(chǎng)路線不可取

5月30日，廣東證監(jiān)局披露了最新一期的廣東轄區(qū)已報(bào)備擬上市公司輔導(dǎo)工作進(jìn)度表顯示，珠海銀隆的輔導(dǎo)進(jìn)度欄顯示的是“輔導(dǎo)終止”，最新進(jìn)度時(shí)間為2018年1月17日。這意味著，在距離招商證券進(jìn)入輔導(dǎo)僅8個(gè)月后，珠海銀隆沖刺上市之旅已戛然而止。

2016年12月，銀隆成都新能源產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目開工，總投資100億元；

2017年1月，蘭州銀隆新能源產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目簽約，前兩期計(jì)劃投資25億元；

2017年2月，銀隆與天津市政府簽署合作框架協(xié)議，建設(shè)新能源電池與汽車產(chǎn)業(yè)基地，一期投資70億元；

2017年5月，銀隆新能源南京基地開工，擬投資100億元；

2017年7月，銀隆與攀枝花簽署協(xié)議，布局新能源、新材料基地，項(xiàng)目投資不低于50億元，同月，銀隆收購(gòu)南京客車制造廠框架協(xié)議簽約完成；

2017年8月，銀隆宣布在珠海建設(shè)新能源產(chǎn)業(yè)園及全國(guó)總部，總投資195億元；同月，銀隆與洛陽(yáng)簽署合作協(xié)議，銀隆將在洛陽(yáng)新能源產(chǎn)業(yè)園，總投資150億元……

不到一年時(shí)間，珠海銀隆在蘭州、南京、天津、洛陽(yáng)等多地共計(jì)簽署11個(gè)新建產(chǎn)業(yè)園區(qū)，其中7個(gè)在建，累計(jì)總耗資超過800億元。

自新能源客車的推廣應(yīng)用普及，客車企業(yè)不再單守同一城市的研發(fā)、制造、銷售基地，而是加速在多個(gè)城市建設(shè)生產(chǎn)基地，比如比亞迪、珠海銀隆等企業(yè)的生產(chǎn)基地就“四處開花”，比亞迪、中車時(shí)代則是間接通過城市軌道交通投資換取新能源客車市場(chǎng)的典型代表。

表面上，不同生產(chǎn)基地的建設(shè)及應(yīng)用可以加快生產(chǎn)效率，降低運(yùn)輸成本和縮短交貨時(shí)間，但是更多地是其能夠?yàn)榈胤秸畮矶愂眨鉀Q地區(qū)就業(yè)，能夠使企業(yè)深入滲透區(qū)域而搶占市場(chǎng)份額。

這樣既打破了原有的地方保護(hù)壁壘，又是為自己構(gòu)建了新的壁壘。這就是典型的“投資換市場(chǎng)”的發(fā)展思路，地方政府和企業(yè)都能接受。

投資換市場(chǎng)也確實(shí)可以換來當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)，但是在當(dāng)?shù)氐拇媪坑唵蜗炅酥?，若還沒有打開新的市場(chǎng)，這些企業(yè)又該何去何從？銀隆停工的背后，是依賴投資換市場(chǎng)的路線不可取。

13.快速充電設(shè)施——九縱九橫兩環(huán)

為服務(wù)電動(dòng)汽車用戶城際出行，國(guó)家電網(wǎng)公司建成了以“九縱九橫兩環(huán)”高速公路為骨干網(wǎng)架的高速公路快充網(wǎng)絡(luò)，覆蓋了北京、上海、山東、江蘇等19個(gè)省市，可以為用戶提供直流快充服務(wù)。

▲高速快充分布圖

每站配置4臺(tái)直流充電樁(少量充電站因場(chǎng)地面積原因只配有3臺(tái)直流充電樁)，采用國(guó)標(biāo)直流接口，每臺(tái)充電樁最大輸出功率120kW,可同時(shí)為4輛電動(dòng)汽車進(jìn)行直流充電。

14.2018年快充汽車百億市場(chǎng)

珠海銀隆主導(dǎo)2017年快充客車市場(chǎng)，2017年珠海銀隆共配套生產(chǎn)28款快充客車車型，產(chǎn)量6087輛，裝機(jī)量為568.64MWh，且所用電池材料均為鈦酸鋰。2017年我國(guó)快充客車裝機(jī)總量為595.1MWh，珠海銀隆占比95.6%。

但2018年珠海銀隆IPO輔導(dǎo)終止，預(yù)計(jì)2018年快充汽車有以下發(fā)展趨勢(shì)：

1）市場(chǎng)：新能源汽車市場(chǎng)慢充為主、快充為輔、小快充崛起

2）技術(shù)：技術(shù)路線上快充鈦酸鋰、磷酸鐵鋰為主，小快充三元、錳酸鋰為主

3）產(chǎn)業(yè)：多家企業(yè)入局，多點(diǎn)開花，快充贏得未來