中國儲能網訊：在未來，實現快充技術普惠性降本、并通過車網互動減少電網壓力，將成為快充賽道的競爭重點與發(fā)展方向。
從上海車展來看，快充技術已成為國內外中高端純電車型標配。
最為抓人眼球的當為造車新勢力。理想首款純電車型搭載了寧德時代4C麒麟電池，充電10分鐘增加400公里續(xù)航。蔚來ES6的800V車型僅需12分鐘充電10%-80% SOC。小鵬G6全系標配800V高壓快充，實現5分鐘補能超200公里。
此外，傳統(tǒng)車企的新能源汽車品牌，如長安深藍、阿維塔、仰望、騰勢、智己、嵐圖等普遍支持3C-4C快充。廣汽自研的電池可應用于6C快充場景。
國際品牌如起亞EV6、現代IONIQ 5、奧迪Urbansphere、寶馬iX1等車型也開始以高壓、大功率快充作為主打亮點。
預計2023 年起 3C及以上快充將成為主流車型標配，同時車企加快導入800V高壓平臺，至2025年主流車型將均會支持高壓快充。
車企紛紛認可快充并導入車型標配的邏輯在于：當前，國內外主力電動乘用車續(xù)航普遍突破600公里，高端車型突破1000公里，消費者續(xù)航焦慮逐步化解，但隨之而來的，是愈發(fā)緊迫的補能便捷性需求。
另一方面，在產品路線出現同質化趨向的背景下，快充成為少數幾個能夠創(chuàng)造差異性降維優(yōu)勢的技術場景。
如果說2020是電動汽車快充技術的啟動期，2021-2022年是技術成熟階段，則當前已經進入市場鏖戰(zhàn)與基礎設施普及階段。
不過，快充是一個高度復雜的系統(tǒng)性工程，從三電、到充電樁、電網層面都需要全新調整。以800V高壓平臺為例，需要車企及三電企業(yè)對電芯及系統(tǒng)、各高壓零部件的絕緣、耐壓等級，銅排的載流、耐高溫能力設計等進行系統(tǒng)性升級。
動力電池作為平臺架構中的重要一環(huán)，在電動汽車“快充革命”中扮演了至關重要的角色，圍繞于此，寧德時代、中創(chuàng)新航、蜂巢能源等一大批動力電池企業(yè)已經進行積極布局。
動力電池快充底層技術如何實現？
在動力電池環(huán)節(jié)，電池快充能力取決于電芯負極快速嵌鋰能力、電解液導電率以及電池系統(tǒng)的熱管理能力等多個能力。
快充時，鋰離子需要加速瞬時嵌入到負極。這對負極快速接收鋰離子的能力挑戰(zhàn)很大。
若負極沒有高速嵌鋰能力，則會出現析鋰甚至鋰枝晶，進而導致電池容量不可逆衰減和縮短使用壽命；此外，電解液也需要較高導電率，同時要求能抗高溫、阻燃、防過充。
另一方面，大功率快充會帶來發(fā)熱量的大幅增加，高壓電池包的熱管理至關重要。
一般而言，在電池包的安全設計上，可以通過應用隔熱性能更高的隔熱材料，例如陶瓷隔熱墊、云母板，進行熱擴散防護。但在被動熱防護之外，主動熱防護方案也至關重要。
上海車展上，各家動力電池企業(yè)也圍繞材料創(chuàng)新及整包熱管理兩方面“大展身手”。
寧德時代麒麟電池
此前，寧德時代的超快充技術已經涵蓋電子網、快離子環(huán)、各向同性石墨、超導電解液、高孔隙隔膜、多梯度極片、多極耳、陽極電位監(jiān)控等。
各向同性技術使得鋰離子可以從360度嵌入石墨通道中，實現充電速度的顯著提升；陽極電位監(jiān)控可實時調整充電電流，使電池在無析鋰副反應的安全范圍內發(fā)揮最大的充電能力，實現極限充電速度與安全的平衡。
三元版麒麟電池采用了高鎳正極+硅基負極體系，能量密度可達255Wh/kg，支持5分鐘快速熱啟動及10min充電80％。
但充放電過程中硅的體積膨脹可高達400%，活性材料易從極片上脫離，引起容量快速衰減，同時形成不穩(wěn)定的SEI膜。
因此寧德時代的導電材料采用了1.5~2納米管徑的單壁碳納米管，對硅負極束縛力更強，導電網絡更充分，即使硅負極顆粒發(fā)生體積膨脹并開始出現裂縫時，仍可通過單壁碳納米管保持良好連接。
此外，麒麟電池的電解液采用LiFSI，并使用FEC添加劑，在負極形成氟化鋰，離子半徑小，能及時修復裂縫。
熱管理方面，麒麟電池將液冷系統(tǒng)和隔熱墊集成于多功能彈性夾層中置于電芯之間，相對于傳統(tǒng)的整塊鋪設在電芯上方的液冷板方案，換熱面積擴大了4倍。得益于更大的冷卻面積，電芯的控溫效率提升了50%。
立式冷卻板打造橫向相對隔離空間，縱向電芯間有膨脹補償片+絕熱氣凝膠，有效隔熱實現“零熱失控”。
中創(chuàng)新航“頂流”電池
在800V高壓快充領域，中創(chuàng)新航布局了方形和極速超充大圓柱兩條路線。其方形產品支持4C快充，大圓柱支持6C快充。
方形電池方案上，中創(chuàng)新航基于800V高壓平臺研制了全新鐵鋰電池與中鎳高壓三元電池，去年均搭載于小鵬G9車型，實現20分鐘充電10-80%。
中鎳高壓三元電池通過構筑多維高速導鋰通道，不斷提升鋰、鎳資源的利用率；同時通過多元素均質摻雜、元素定向梯度分布等多項技術的運用，在獲得高能量密度的同時，最大限度實現產品安全和性能穩(wěn)定。
此前，特斯拉通過無極耳技術解決圓柱電池體積增大后內阻和發(fā)熱量問題，滿足高能量密度、快充功率等性能要求，帶火了46系大圓柱。
但中創(chuàng)新航認為，特斯拉的無極耳技術雖然解決了電流路徑的問題，但是將電芯殼體作為路徑，電流的流經路徑還是比較長；并且殼體本身是鋼，而鋼的導電性并不優(yōu)異。
今年4月，中創(chuàng)新航首發(fā)了“頂流”電池，采用一體化裝配技術，打造極耳直連頂部一體式集流盤。
通過一體式集流盤設計，相較普通的無極耳電池，“頂流”電池實現電流流經路徑下降70%，ACR（交流內阻）下降27%，DCR（直流阻抗）下降40%，結構內阻下降50%，空間利用率提升3%。
在化學體系創(chuàng)新上，中創(chuàng)新航還通過原創(chuàng)“極質”電解液技術，革新快充體系設計。
欣旺達“閃充電池”
2022年9月，欣旺達發(fā)布旗下超級快充動力電池產品——SFC480，該產品最大充電功率達480kW，實現充電5分鐘續(xù)航200km，充電10分鐘續(xù)航400km，一次充電續(xù)航可達700km。
材料創(chuàng)新方面，SFC480采用高電壓低鈷Ni60正極體系，并采用復合包覆和R元素摻雜技術方案，改善了正極材料的產品性能，使該電池同時具備高能量密度和快充和高安全性能。
同時，SFC480在系統(tǒng)層面還導入全新一代3D液冷技術，實現-20℃低溫下能量保持率高于85%，體積利用率達到72%以上，全系產品無熱擴散。
上海車展上，欣旺達發(fā)布了升級之后的“閃充電池”，具有超快充、欣安全、特耐用等特點，進一步支持電動汽車續(xù)航1000公里，10分鐘可從20%充至80% SOC。
閃充電池的關鍵技術包括欣旺達自主設計的閃充硅材料技術、高安全中鎳正極、硅基體系電解液技術、全生命周期自適應超充策略、高精密涂布&疊片技術等。
其硅基體系電解液技術具備的特點有：
弱溶劑化溶劑：降低鋰離子去溶劑化能，實現更快的鋰離子傳輸；
高解離鋰鹽：提高電解液電導率，加快液相傳輸；
低阻抗添加劑聯(lián)用：降低界面阻抗，加強界面離子傳導；
成膜添加劑調控形成：剛柔并濟，界面膜抑制硅材料體積膨脹
今年3月欣旺達方形閃充電池1.0版本已量產裝車。
蜂巢能源龍鱗甲電池
蜂巢能源在正極材料上采用前驅體定向生長的精密控制技術，將電芯內部阻抗降低10%以上，負極材料采用液相包覆技術，在石墨表面包覆無定形碳，進一步將電芯阻抗降低至20%負極；電解液也采用了含硫添加劑/鋰鹽添加劑等低阻抗添加劑體系；隔膜采用高孔隙陶瓷膜，提升隔膜導離子能力同時可兼顧耐熱性，達到快充及安全的平衡。
2022年，蜂巢能源進一步為高能量密度電池方案研發(fā)了納米網硅負極技術，涵蓋筑網束硅技術、硅碳融合技術、雙層包覆技術等，循環(huán)壽命較進口同類產品提升10%。
目前，納米網硅負極已經搭配高鎳正極，在蜂巢能源4695大圓柱電芯上實現應用，實現能量密度≥300Wh/kg。
龍鱗甲電池作為蜂巢能源全新一代高安全動力電池系統(tǒng)化解決方案，可兼容鐵鋰、三元、無鈷等全化學體系方案，續(xù)航里程最高可達 1000+km，覆蓋 1.6C-6C 快充體系。
龍鱗甲采用創(chuàng)新的熱電分離設計，其熱失控排泄通道位于電池包底部，電氣連接區(qū)位于電池包側部。電芯發(fā)生熱失控時，高溫氣液混合物以最短路徑沿著排泄通道迅速排出，解決了熱失控難題。
另外，龍鱗甲采用雙面冷卻設計，讓電芯大面積和冷卻板接觸，讓冷卻板迅速帶走電芯的熱量，換熱能力較一般水平提升70%。既可提升非充電場景下電池包的安全，也可顯著提升電動車快充場景的安全性。
億緯鋰能大圓柱電池π系統(tǒng)
作為較早推進46系大圓柱、并率先獲得國際客戶定點的電池企業(yè)，億緯鋰能表示其4695大圓柱電池將于今年三季度量產交付，46系列電池已經在荊門工廠小批量生產。
上海車展上，億緯鋰能透露，其46系列大圓柱電池采用自研全極耳結構及鎳+硅碳材料體系，具備設計、制造、回收標準化特征，可圍繞46mm直徑做不同的高度，靈活利用空間可兼容各種車型。
其4695 BEV模組冷卻主要是通過側面蛇形管路進行，每兩排電芯之間放置一個液冷板。與麒麟電池、龍鱗甲電池思路類似，億緯鋰能整體泄壓設計朝下，每個支架對應留有孔位，支架下方放置云母板。
億緯鋰能還在發(fā)布會推出π電池系統(tǒng)，支持9分鐘快充，擁有“π”型冷卻技術，在電芯頂部及左右兩側構建傳熱通道，實現立體傳熱，解決快充發(fā)熱問題；在CTP集成技術基礎上，應用高效復合新型材料和膠黏劑，使系統(tǒng)減重10%，實現小空間、低重量、高續(xù)航。
此外，億緯鋰能還推出了方形疊片、BEV方形系統(tǒng)、12V/48V電池系統(tǒng)產品等。
BEV方形系統(tǒng)采用大面高效液熱技術和高分子涂層保溫技術，低溫性能表現優(yōu)異；3C快充電芯、大面液冷均溫技術支持超快充；基于模塊集成+CTP技術，應用鋼鋁復合箱體，實現高集成、輕量化；主動熱控技術與氣電隔離技術可保障系統(tǒng)全生命周期NTP。
第二代高功率、高集成度48V電池系統(tǒng)，采用集成式液冷系統(tǒng)，實現高效的熱管理目標；高功率和低阻抗電池系統(tǒng)的設計，可實現高脈沖放電性能；集成液冷技術、極致均溫均衡技術為循環(huán)壽命保駕護航。
巨灣技研XFC極速超充電池
巨灣技研采用獨特的新型導電劑材料和系統(tǒng)性的工程設計，電芯采用高倍率改性正負極材料和高電導電解液，在電極內都構建高效的三維導電網絡，提高了鋰離子的嵌入\脫出的動力學性能。
配合最高可達900V的高電壓平臺，電池最大充電速度是現在普通電池的6倍以上，最大充電功率480kw，能做到7.5分鐘充電0%-80%。
上海車展首日，合創(chuàng)汽車發(fā)布上市的純電旗艦MPV V09上搭載了巨灣技研為其定制開發(fā)生產的12MinXFC電池包，可實現充電10分鐘續(xù)航400km。
這款 XFC 極速電池包采用了>200Wh/kg 高能量密度極速電芯材料，應用新型導電劑，以及高效熱管理系統(tǒng)，可確保不少于 40 萬公里的常年常溫極速快充，支持 V09 實現全生命周期的極速充電。
另外，XFC 電池在極限熱失控試驗中，做到了熱失控觸發(fā)后電池包 24 小時無明火，能夠保障汽車使用過程中的安全性和耐用性。
此外，瑞浦蘭鈞“問頂"電池、孚能科技SPS大軟包方案、捷威動力海綿系統(tǒng)等，也針對快充場景下的材料創(chuàng)新與整包熱管理進行了針對性開發(fā)。
值得注意的是，行業(yè)人士指出，快充電池的電芯成本比普通電池至少高5%-8%，疊加超充樁的投資成本高達普通直流樁的幾倍，當前布局800V高壓平臺車型的仍然以頭部車企為主。
中期來看，在成本上，車企還無法實現將800V高壓快充覆蓋至15萬元以內的車型。因此在10萬元-20萬元的汽車市場中，混動車型表現將更為突出；但在20萬元以上市場中，超快充技術將推動純電車型保有量進一步擴大。
在未來，實現快充技術普惠性降本、并通過車網互動減少電網壓力，將成為快充賽道的競爭重點與發(fā)展方向。
