技术路线

4． 快充技术原理

如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就像优秀的运动健将，在摇椅的两端来回奔跑。

充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，以供到达负极的锂离子嵌入。嵌入的锂离子越多，充电容量越高。

快充时，锂离子需要加速瞬时嵌入到负极。这对负极的快速接收锂离子的能力挑战很大。普通化学体系的电池在快充时负极会出现副产物，影响电芯的循环和稳定性。

能量密度与快充性能，在同一只电池中，可以说是不相容的两个方向，不可兼得。

电池能量密度的追求，目前看是主流。当能量密度足够高，一台车装载电量足够大，足以避免所谓“里程焦虑”，电池倍率充电性能的需求就会降低。

但是，电量大了，如果电池度电成本不够低，那么是否要可丁可卯的购买足以“不焦虑”的电量，就需要消费者做出选择，这么一想，快充就有存在的价值。

5． 磷酸铁锂快充电池适合客车

磷酸铁锂快充电池是在技术最为成熟的磷酸铁锂体系内进行优化和潜力挖掘，材料成本相对较低，再结合成熟的技术背景及稳定的产品性能，发展潜力巨大。代表企业有宁德时代（CATL）和沃特玛等。

宁德时代采用“超级铁锂＋高能量密度快充石墨”体系快充电池，5C 产品系统能量密度在 70 Wh／kg 以上，3C 型产品在 115 Wh／kg 以上，循环寿命可达 10000 次。

正极方面开发了“超电子网”技术，增强磷酸铁锂的电子导电性能，可达三元材料的 1000 倍

负极石墨表面采用“快离子环”技术，相当于在石墨表面打造一圈高速跑道，极大地加快锂离子在石墨层的嵌入，修饰后的石墨兼顾超级快充和高能量密度的特性。

热管理系统充分识别固定化学体系在不同温度和SOC下的“健康充电区间”，做到“全气候”快充。

沃特玛在正极材料方面，使用粒径更小的 100nm～300nm 磷酸铁锂，而市场上普遍的磷酸铁锂粒径在 300～600nm 之间，这样锂离子将拥有更快的迁移速度，能够更大倍率的电流进行充放电。在负极材料方面，沃特码也是采用粒径更小的人造石墨进行碳包覆：小粒径有利于锂离子的脱离和嵌入；碳包覆能对电池的循环寿命进行优化改善；微孔的碳结构有利于电解液的吸附和保液从而起到改善循环寿命的作用。

受限于理论能量密度的极值限制，磷酸铁锂未来在能量密度方面的发挥空间不大。但对于客车、物流车、专用车等商用车现已选用磷酸铁锂体系而言，快充则越来越体现出其重要性。

6． 三元快充电池适合乘用车、物流车

三元体系快充体系，因其有更高的能量密度使该体系更受到重视，代表企业有宁德时代等。

宁德时代研发的“超导电子网”和“快离子环”技术在三元体系应用更佳，实现 15 分钟内 SOC 从 5％ 充电到 85％，能量密度 190 Wh／kg，循环寿命超过 2500 次，预计在 2018 年内具有批量生产能力，主要应用领域为乘用车。

7． 锰酸锂快充电池适合 PHEV 插电混动汽车

锰酸锂电池具备功率性能、放电倍率性能、低温性能好，电压频率高的特点，且在三元上游原材料疯涨的态势下，锰酸锂的成本优势正在逐步突显。但采用此种负极材料所导致的缺点也是很明显的，首先是循环寿命不够长，另外在能量密度、高温性能等方面仍然需要重点关注，并需要不断通过实践来检验。近年来，锰酸锂快充电池在插电式混动客车领域占比增长显著，代表企业为中信国安盟固利、亿鹏新能源、微宏动力。

中信国安盟固利：从技术上讲，盟固利锰酸锂体系快充电池主要是从管理系统、结构设计等方面来解决。从管理系统输入解决电池热失控问题，到电池安全阀设计，再到电池结构设计解决散热问题等。

亿鹏能源：主打快充类软包锰酸锂技术路线，主要应用于插电式混合动力大巴领域，目前产品以18Ah、26Ah为主。

微宏动力：微宏动力 2017 年 4 月底，发布新一代 MpCO 高能量密度电池，采用了高容量高功率锰酸锂正极材料，单体能量密度达到 170 wh／kg，较上一代产品提升 41．7％，实现15分钟快充，在保持快充与长寿命能力的基础上更具成本优势。

然而，锰酸锂电池高温条件下循环性能不好是电池企业需要长期攻关的问题，通过正极掺杂可以改善锰酸锂电池高温性能，然而改性后的锰酸锂材料已非“原来的锰酸锂”了。

8． 钛酸锂快充电池适合客车

钛酸锂动力电池是以负极材料命名，正极采用三元材料，以珠海银隆、微宏动力、天津捷威为典型企业。

从性能来看，钛酸锂电池的低温性能优越、安全性和循环使用性能较好，作为快充电池的倍率性能也得到业界的肯定。但是钛酸锂目前突出的问题有两点：其一，能量密度相对较低，在政策、市场均要求不断提升能量密度的压力下，当前钛酸锂的市场份额在整个动力电池市场中占比较低。其二，受高成本的小金属材料如钛、镍、钴的影响，钛酸锂电池成本明显要高于其他体系。

珠海银隆：2011 年，银隆战略收购全球最先进的钛酸锂电池材料和储能系统生产厂商——美国奥钛纳米科技主要股权，奥钛钛酸锂材料一次颗粒才是实际意义上的纳米级钛酸锂，一次颗粒 40－60 nm，而国内其他企业所生产的钛酸锂材料一次颗粒均在 150－350 nm，基于钛酸锂材料本征导电性差，一次颗粒越小，电子通过路径变得更短，因此导电性相对更好，更能实现大倍率充放电。

微宏动力：钛酸锂快充电池是微宏动力最早研发的一款，采用改性钛酸锂材料技术，被称为第一代 LpTO 钛酸锂电池，LpTO 钛酸锂电池从材料本身化学特性上，与普通锂电池有较大区别，专门针对重型商用车辆与储能应用的需求设计。采用微宏专利技术的改进钛酸锂材料作为负极材料，有效防止电解液于电极之间发生反应，同时保障安全，能有效地抑制普通钛酸锂电池常常遇到的胀气问题，充分发挥其超长循环寿命。LpTO 钛酸锂电池拥有 10 分钟快速充满电、25000 次循环寿命。

天津捷威：捷威动力在钛酸锂电池材料体系设计、产品开发和生产制造核心技术方面拥有完全独立的自主知识产权，并且采用国际最先进的锂离子电池制备技术和工艺，以及当前世界上最先进、自动化程度最高的电池生产线。电池性能方面，6C 放电容量保持率达到 95％，且 －20℃ 放电容量保持率达到 77％。捷威动力具备生产大容量单体钛酸锂电池的技术及能力，单体电池容量达到 60 Ah，是世界上容量最大的大尺寸钛酸锂电池。并且其生产钛酸锂锂电池的技术管控最高，从工艺设计及制作管控上解决了钛酸锂胀气问题。

钛酸锂电池在循环寿命方面明显优于其他体系快充型电池，这因材料本省特性，即“零应变”特性决定。但其劣势明显，能量密度较低，能量密度只有三元体系的一半左右。再加之价格偏高，目前大多是在快充公交上应用，后续亟需寻求更高电压正极材料及匹配电解液来解决此缺陷。

9． 快充新方向——钛铌氧化物负极材料

钛铌氧化物是基于钛酸锂的基础上研发产生的，主要优势在于相对于钛酸锂理论容量 175 mAh／g，钛铌氧化物的理论容量在 280 mAh／g 左右，且具有较高的首效。其优势在于从材料本征克容量高弥补了其工作对锂电压高的缺陷。

2017 年 10 月，东芝官方宣布已成功研发新一代车用锂离子电池，有望在2019年商用。该电池采用钛铌氧化物阳极材料，相对目前三元、磷酸铁锂等技术，实现颠覆性进步。新电池具备能量密度高、充电效率快等优点，只需充电 6 分钟就能达到 90％ 的电量。