历史价格会员

补能焦虑何解?多家电池企业超级快充技术“亮剑”

【补能焦虑何解?多家电池企业超级快充技术“亮剑”】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%。

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。

SMM在线问答访问TA的主页

上海有色网资讯中心,在线回答您的提问!

SMM在线问答
微信二维码今日有色
微信二维码

微信扫一扫关注

下载app掌上有色
掌上有色

掌上有色下载

返回顶部返回顶部