2024年再辯快充電池技術(shù)路線

快充作為鋰電池迭代的確定性趨勢(shì)之一，正處于技術(shù)突破與量產(chǎn)的關(guān)鍵時(shí)期。

GGII數(shù)據(jù)顯示，截至2024年6月，新能源汽車市場(chǎng)中1C及以下車型占比超55%；2-3C車型占比超40%，3C以上車型占比不及5%。快充電池正處于初步放量階段。

從近兩年發(fā)布的產(chǎn)品來(lái)看，各大電池企業(yè)在4C及以上快充電池已有成熟布局，并逐漸通過(guò)磷酸鐵鋰體系推進(jìn)量產(chǎn)。

寧德時(shí)代神行系列是4C快充量產(chǎn)的代表產(chǎn)品，其中神行PLUS基于鐵鋰體系，已實(shí)現(xiàn)4C快充、超200Wh/kg能量密度與1000km長(zhǎng)續(xù)航的綜合高性能。蜂巢短刀系列電池、國(guó)軒G刻電池等均已支持5C快充。吉利作為車企自研電池的代表，也推出了金磚短刀、神盾短刀兩款鐵鋰超快充電池產(chǎn)品，后者在保留3C以上快充倍率的同時(shí)，將能量密度提高至192Wh/kg，實(shí)現(xiàn)快充與能量密度的兼顧。

欣旺達(dá)、億緯鋰能、巨灣技研等企業(yè)已公開6C快充技術(shù)，市場(chǎng)消息顯示寧德時(shí)代、比亞迪或于下半年推出6C電池。6C電池正成為動(dòng)力電池企業(yè)的開發(fā)重點(diǎn)，鋰電產(chǎn)業(yè)鏈上下游也在加緊備戰(zhàn)6C電池量產(chǎn)。

電池技術(shù)在經(jīng)歷創(chuàng)新與迭代后走向商業(yè)化，始終圍繞鋰電行業(yè)對(duì)“低成本與高性能兼得”的追求。具體來(lái)說(shuō)，如何在保持快充性能的同時(shí)控制成本，是當(dāng)前行業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)。

材料：低成本、高能量密度與高快充倍率如何兼得？

在磷酸鐵鋰電池裝車滲透率超過(guò)70%的趨勢(shì)下，快充電池材料選擇首先聚焦于正極采用三元還是鐵鋰。

三元快充是否會(huì)價(jià)格過(guò)高，鐵鋰快充能否滿足續(xù)航等高性能要求，這取決于電池廠商如何尋找快充電池的下游應(yīng)用場(chǎng)景，以及如何處理“能量密度與快充倍率”這對(duì)矛盾。

在第十七屆高工鋰電池產(chǎn)業(yè)峰會(huì)上，巨灣技研總裁裴鋒博士認(rèn)為，三元體系對(duì)超快充更為友好，從測(cè)試結(jié)果來(lái)看可支持6C甚至8C超快充，且能量密度高。價(jià)格僅較常規(guī)三元電池高5%-8%，隨著生產(chǎn)放量有望進(jìn)一步降低。

據(jù)其總結(jié)，鐵鋰快充電池普遍面臨兩個(gè)問(wèn)題：一是能量密度不夠，難以滿足《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》對(duì)2025年快充電池能量密度＞225Wh/kg、2030年平均水平220-240Wh/kg的要求；二是倍率性能存在瓶頸，磷酸鐵鋰材料導(dǎo)電性較差，其在超快充上的“極限”表現(xiàn)為3C平均倍率。

據(jù)高工鋰電觀察，目前發(fā)布的鐵鋰快充電池產(chǎn)品，部分單體能量密度已超過(guò)200Wh/kg；結(jié)合成組效率的提高，系統(tǒng)能量密度同樣超過(guò)190Wh/kg，最終支持千公里續(xù)航。

如寧德時(shí)代上半年發(fā)布的神行電池PLUS版本，系統(tǒng)能量密度達(dá)205Wh/kg，較主流磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)的150-160Wh/kg提高30%，亦高于大部分三元電池的190Wh/kg系統(tǒng)能量密度。

國(guó)軒高科工研總院副院長(zhǎng)曹勇博士則表示，鐵鋰快充電池的能量密度可通過(guò)提高正極壓實(shí)密度、設(shè)計(jì)厚電極等措施實(shí)現(xiàn)，并結(jié)合新型導(dǎo)電劑的使用，提高導(dǎo)電性。當(dāng)前業(yè)內(nèi)已實(shí)現(xiàn)壓實(shí)密度高達(dá)2.65g/cc的鐵鋰正極量產(chǎn)，并進(jìn)一步開發(fā)壓實(shí)密度為2.8g/cc的鐵鋰正極。

曹勇還認(rèn)為，從熱管理的角度來(lái)看，三元快充電池包冷卻成本更高，而鐵鋰快充電池包可僅采用常規(guī)底部冷卻、并滿足性能及壽命的要求，可靠性高、工藝成熟、成本可控，因此更具備主流優(yōu)勢(shì)。

據(jù)其透露，為快充電池留下安全冗余十分重要，電池廠家會(huì)傾向于采用可支持5C以上的材料體系，去設(shè)計(jì)4C快充電池以提高安全性?？斐潆姵氐暮诵膯?wèn)題在于產(chǎn)熱量的控制。

中興新材副總經(jīng)理張輝則表示，干法隔膜搭配磷酸鐵鋰，有望在快充電池中打開更多的應(yīng)用邊界。一方面，考慮到安全問(wèn)題，三元材料在快充電池中的設(shè)計(jì)會(huì)更為保守，而鐵鋰可能會(huì)做得更“極端”些。另一方面，里程焦慮在續(xù)航達(dá)到一定程度后便會(huì)消失，因此鐵鋰快充電池仍有非常大的可能性。

對(duì)于快充電池來(lái)說(shuō)，隔膜的重要作用體現(xiàn)在析液保液，最終促進(jìn)電池循環(huán)壽命的增長(zhǎng)。隔膜與添加劑進(jìn)行結(jié)合，或者提高保液能力之后，可將快充循環(huán)次數(shù)提高至八百周甚至一千周。

形態(tài)：短刀、大圓柱大放光彩

隨著快充電池新品數(shù)量增加，其電芯結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)差異。

在主流的方形電芯之外，軟包、大圓柱、刀片（長(zhǎng)刀、短刀）等電芯結(jié)構(gòu)亦被選擇。大圓柱形態(tài)被中創(chuàng)新航、億緯鋰能等選擇，刀片形態(tài)則被蜂巢、國(guó)軒，以及吉利、廣汽等自研電芯自主機(jī)廠選擇。

在第十七屆高工鋰電池產(chǎn)業(yè)峰會(huì)上多家企業(yè)指出，短刀形態(tài)疊加雙側(cè)出極耳，正被越來(lái)越多地采用。

巨灣技研表示，在經(jīng)歷了對(duì)圓柱、方形、軟包等電池形態(tài)的試驗(yàn)后，最終選擇了疊片形態(tài)。疊片尺寸不能太長(zhǎng)，300mm的規(guī)格“是最友好的”，結(jié)合三元體系可以支撐6C甚至8C，雙側(cè)出極耳因?yàn)?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%94%B5%E6%B5%81/">電流大且均勻。

國(guó)軒高科則表示，更大尺寸的電芯如200Ah、300Ah，不適合快充。溫升和熱管理角度看，短電芯帶來(lái)更低溫升。從800V高壓系統(tǒng)看，100kWh電池包、單體電芯容量140-150Ah便可滿足高電壓要求，并非越大越好。

此外，基于L200300600電芯的仿真和試驗(yàn)結(jié)果顯示，L200電芯溫升表現(xiàn)更低，更適用于快充設(shè)計(jì)。若想實(shí)現(xiàn)4C、5C以上快充，電芯尺寸最好不超過(guò)300，并結(jié)合雙側(cè)出極耳。

曹勇還指出，快充電池技術(shù)突破“7分靠材料、3分靠制造”。例如，磷酸鐵鋰壓實(shí)將向2.7-2.8g/cc方向發(fā)展，輥壓技術(shù)需要滿足新的需求。

大圓柱形態(tài)運(yùn)用于快充電池，優(yōu)勢(shì)則在于直流內(nèi)阻低，當(dāng)前領(lǐng)先水平已實(shí)現(xiàn)1.8毫歐的直流內(nèi)阻，意味著更高倍率。安全性方面，大圓柱電池單體容量小，熱失控時(shí)釋放能量小，對(duì)周邊電池?zé)崧酉鄬?duì)可控，使用過(guò)程中膨脹均勻形變量小。

比克電池車電創(chuàng)新工藝部部長(zhǎng)許嚴(yán)博士表示，大圓柱形態(tài)的高充放倍率電池，可滿足eVTOL廠家對(duì)內(nèi)阻和安全性的要求，其在eVTOL場(chǎng)景中的應(yīng)用值得關(guān)注。

隨著2C以上快充動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)初步放量，快充向更高倍率發(fā)展，其下游應(yīng)用也在不斷拓展。隨著本月寧德時(shí)代發(fā)布天行商用車快充電池，蜂巢發(fā)布4C混動(dòng)短刀電芯“800V混動(dòng)三元龍鱗甲”，快充電池技術(shù)進(jìn)展將在更多場(chǎng)景中驗(yàn)證。