补能焦虑何解？多家电池企业超级快充技术“亮剑”

　　撰稿丨黄 丽

　　近年来，我国纯电动汽车产销量同步增长，2021年分别完成294．2万辆和291．6万辆，同比分别增长约1．7倍和1．6倍。据统计，截至2021年年底，全国新能源汽车保有量约784万辆。其中，纯电动汽车保有量640万辆左右，约占新能源汽车总保有量的81．6％。

　　机构预计，2022年国内新能源汽车保有量有望超1400万辆，按现有占比计算的话，纯电动汽车保有量或将突破1100万辆。然而，随着国内纯电动汽车渗透率的逐年提高，保有量的大幅提升，使得补能焦虑，尤其是长途中的补能焦虑已成为车主们关注的核心问题。

　　政策端，国家已在积极推动缓解纯电动汽车的补能问题。

　　2020年，充电设施作为七大“新基建”之一首次被写入政府工作报告。而在2021年的政府工作报告中，明确提出要增加充电桩、换电站等设施。后续还提出了实现纯电动汽车与电网的协同互动；对公共充电桩建设给予财政支持等诸多新政。

　　市场端，庞大的补能需求催生出巨大市场空间的同时，也推动了不同补能模式的进步。

　　换电模式在《蛰伏已久的换电，今年或许真的不一样》一文中已探讨过，本文仅围绕另一个补能方式——超级快充，进行分析。

　　受政策和市场导向影响，包括动力电池企业、汽车企业等在内的各方参与者竞相布局超充领域，但技术路径却不尽相同。

　　众所周知，P（功率）＝U（电压）×I（电流），那么，提高电动车单位时间内的充电功率，就需要提高作用于动力电池的输入电压和电流。

　　因此，发展超充技术目前有两个方向：一是大电流直流超充，二是高电压直流超充，通过加大电流或提升电压，从而提高充电功率。

　　其中，大电流直流超充方案，目前属于少数派阵营。以特斯拉为典型代表，其V3超充桩最大输出电流接近520A。

　　虽然V3的峰值充电功率可达250kW，但从车主们实际使用情况来看，基本上在电量5％－20％时才能达到峰值充电功率。当电量超过20％后，充电功率则会逐渐下降。在电量30％－90％时，充电优势并不明显。也就是说它是一个先快后慢的充电过程。

　　在安全隐患方面，以线束为例，加大了输入电流，通常需要更粗的线束，以防线束过热导致熔断事故。虽然目前，在充电桩端，V3超充桩采用循环水冷等技术用于线束降温，使V3较上一代V2超充桩线束更细，缓解充电时线束温度过高问题，但如果再进一步大幅加大输入电流，仍然面临线束需要加粗，导致成本提高和使用不便等问题。而在汽车端，线束加粗难度则更大。由于线束横截面积增大，使其刚度增强、难以弯曲，不仅在车内难以布局，而且可能在遭遇碰撞后刺入驾驶舱，造成危险。

　　再者，业内认为，520A已逼近充电电流上限，进一步提升的空间较为有限。

　　因此，使用高电压平台和与之配套的超级充电桩，是目前多数派阵营看好的主要方向。高电压平台是指整车三电系统工作电压，从当前主流的200－400V平台，提升至800－1000V高压平台，通过提高电压，从而提高充电功率。

　　相较大电流超充方案，高电压超充不易造成上述产热和线束隐患。相较400V平台，800－1000V高压平台，可以提升动力电池能量使用效率。

　　车型方面，自保时捷Taycan成为首款量产的800V平台电动车后，国内外众多车企在去年纷纷宣布入场，包括比亚迪、吉利极氪、北汽极狐、广汽埃安、东风岚图等国内车企，以及现代、通用、大众、奔驰等国外车企，均已跟进800V高压平台配套车型，部分有望在2022年起实现量产。

　　要适应800－1000V高电压平台，对于所有的用电部件，都是系统性的提升。涉及到汽车用电部件的升级迭代，首当其冲的就是动力电池。

　　据了解，保时捷Taycan可把最大充电功率提升到350kW，在22．5分钟内实现容量为93．4kWh的动力电池从5％到80％的补能，提供300km 续航。800V高压平台搭配350kW超级充电桩所能实现的充电速度，相比目前常见的120kW充电桩将大幅提升。

　　目前，制约高电压平台动力电池的主要因素在于，高电压超充容易导致动力电池正极材料、电解液界面的稳定性降低，引起副反应的增加，进而影响锂离子电池的工作性能和循环周期。

　　但是，纵有重重难关，作为全球动力电池行业发展的主要策源地之一，中国多家头部动力电池企业包括宁德时代、孚能科技、蜂巢能源、欣旺达等，都在就这一技术积极研发创新。

　　具体来看，电池的充电速度主要取决于锂离子的脱嵌和迁移速率，当采用800V高电压平台后，充电倍率最大可达6C（目前普遍为2C以下）。在高充电倍率下，锂离子脱嵌和迁移的速率加快，部分锂离子来不及进入正负极，易形成副产物，导致活性物质损失，加速电池寿命衰减。且析锂现象容易加剧，所产生的锂枝晶一旦刺穿隔膜，将导致电池内部短路，造成起火等安全风险。

　　有鉴于此，动力电池企业从多个方面开拓攻关。

　　正极材料方面，蜂巢能源的前驱体定向生长精准控制技术，通过控制前驱体合成参数，一次粒径放射状生长，打造离子迁移“高速公路”，提高离子传导速度。

　　还有，广汽埃安石墨烯电池，将石墨烯与镍钴锰酸锂三元正极材料混合制成，由石墨烯形成一个近似球面的三维结构，与三元正极分子结合，增大相互之间传递电荷的面积，从而提升电荷传递效率，将充电速度提升。

　　负极材料方面，是充电倍率突破的重点方向。宁德时代在负极石墨的表面，利用“快离子环”技术让石墨结构兼具超级快充和高能量密度的特性，使石墨层增加锂离子嵌入速度后可达4C－5C的超充能力，相当于15分钟完成主要的充电过程；蜂巢能源推出的负极表面改性技术，采用液相包覆技术在石墨表面包覆无定形碳，降低阻抗，提升了锂离子通道工作效率。

　　电解液方面，以提高导电率且不与正负极反应为主攻方案，同时能够抗高温、阻燃、防过充。宁德时代通过调控极片多孔结构的梯度分布，实现上层高孔隙率结构，下层高压实密度结构等。蜂巢能源则采用含硫添加剂／锂盐添加剂等低阻抗添加剂体系电解液，降低正负极界面成膜阻抗，从而提高电解液导电率。

　　此外，还可以通过改善制浆、涂布等生产工艺，提高电池倍率性能。

　　从技术成果来看，较早布局的宁德时代，2019年宣布其超充技术仅需15分钟可将SOC从8％增加到80％。结合超充型电芯产品，可实现电动车充电5分钟，续航150km。

　　孚能科技于2021年已率先发布800VTC超充超压技术，也是国内首个宣布可量产的800V高压平台，预计2022年10月将正式进入量产阶段。该平台技术可达2．7C，整包充电等效2．2C。SOC 10％到80％充电仅需15分钟，高于当下的充电速度。据介绍，其下一代产品技术可将这一过程缩短至7分钟。

　　蜂巢能源为其短刀电池全品类已可以提供包括蜂速4C快充技术，面向800V电池系统，可以提供适应800V高压平台的高效热管理技术、冷蜂热阻隔技术。

　　车型方面，搭载宁德时代电池的长安阿维塔首款车型，支持200kW超充。小鹏G9 SUV以800V高压碳化硅＋480kW超充技术作为一大优势，亮相去年年底车展，成为国内首款基于800V高压碳化硅平台的量产车。据介绍，可实现“充电5分钟，续航200km”。有媒体报道，小鹏G9 SUV动力电池A供为欣旺达4C超充技术电池。

　　另外，为充分发挥800V高压平台超充技术优势，广汽埃安、小鹏汽车等企业已开始加速铺设最大功率480kw高压超充桩。

　　现阶段，国内补能仍将是“超充”＋“换电”2种模式并行推进的格局。不管哪种，逼近燃油车加油速度是绕不开的目标，对于头部动力电池企业而言，在技术研发积累曲线下，能够真正满足市场快速充电需求的产品，要想实现量产还有很长一段路要走。

      来源：电池中国网

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