电池企业狂卷超快充“含C量”
动力电池充电倍率正不断“卷”向新高度。从2022年3C电池上车,到2023年4C、5C推出,如今,6C超快充电池竞速赛也已打响。
2024-09-06 08:44:13
来源:中国电子报、电子信息产业网 张维佳  

“8分钟充电80%”“充电五分钟,续航300公里”……

动力电池充电倍率正不断“卷”向新高度。从2022年3C电池上车,到2023年4C、5C推出,如今,6C超快充电池竞速赛也已打响。今年以来,以亿纬锂能、欣旺达、蜂巢能源等为代表的动力电池厂商纷纷发布6C超充电池新品。知情人士透露,宁德时代、比亚迪等龙头企业也即将发布6C超快充动力电池新品。

“电池快充涉及复杂的材料体系和工艺。为了实现6C快充,既要在电芯层面‘扛得住’,又要在系统层面做好有效防护;不断创新材料体系的同时,在压实、面密度、内阻等方面做好平衡。待快充市场发展成熟后,不仅是6C,相信7C和8C也有可能实现并推广。”中国化学与物理电源行业协会秘书长王泽深告诉《中国电子报》记者。

蜂巢能源动力电池超高速叠片技术3.0——飞叠

“6C”竞速赛打响

“C”指动力电池充电倍率,理论上来讲,动力电池支持充电倍率即可以在几分之一小时内充满电。而在实际充电过程中,一般以峰值倍率为标准,即充电过程中最大峰值倍率达到“几C”即可被称作超充。由此而言,6C电池技术,可以让动力电池在短短10分钟内充电至80%,实现补能500~600公里,因此在今天6C也是超快充的“代名词”。

近年来,随着动力电池技术的不断突破,现有液态锂离子电池能量密度逐渐接近“天花板”,动力电池快充技术迭代飞速,成为行业发展新方向。各大动力电池厂商竞相推出或即将发布超充、快充电池解决方案。

今年4月,在北京车展上,欣旺达发布两款快充新品,采用先进快充技术和高能量密度材料,超快充长寿命负极创新技术,充电峰值倍率达6C;随后6月,亿纬锂能发布大圆柱电池新产品Omnicell全能电池,具备6C快充能力,可实现电动汽车“充电5分钟续航300公里”;紧接着7月,蜂巢能源发布两款超充电池新品,其中一款基于三元体系的6C超充电池,可做到充电5分钟,续航500~600km。

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由广汽集团孵化的巨湾技研在快充技术方面则更进一步,早在2022年,就推出6C版三元锂电池,并率先在搭载广汽AION V Plus 70极速快充版,实现7.5分钟内将电池电量从0%充至80%,创造了当时“电动汽车最快充电技术”的纪录,并成为目前全球唯一可规模量产的6C倍率的汽车动力电池。去年,巨湾技研推出凤凰电池,号称可实现最高8C的极速充电,0-80%充电仅需6分钟。

此外,业内人士也向《中国电子报》记者透露,宁德时代、比亚迪等龙头企业也即将发布6C超快充动力电池新品。中创新航曾表示,将在2024年第四季度量产支持6C充电倍率的46系大圆柱电池。长城汽车的6C倍率超快充电芯,目前也已进入验证阶段。

业内专家纷纷表示,6C电池的出现,意味着电动汽车充电速度迎来新突破,在缓解消费者补能焦虑的同时,进一步拉动电池行业发展。

“从成本和性能的平衡来看,当超充发展到10分钟以内,在能量密度、成本、充电时间等方面较为兼顾,足够满足绝大多数消费者的需求。待快充市场发展成熟后,不仅是6C,相信7C和8C也有可能实现并推广。”王泽深指出。

欣旺达品牌营销总经理郑露蓉告诉《中国电子报》记者,当前,补能焦虑仍是限制消费者购买纯电动汽车的主要因素之一。只有市面上有更多标配超充电池的新能源车,充电行业才能良性发展,也将反哺新能源车销售。

如何实现6C?

向6C快充挺进,离不开领先技术的支持。“电池快充涉及复杂的材料体系和工艺。为了实现6C快充,既要在电芯层面‘扛得住’,又要在系统层面做好有效防护;不断创新材料体系的同时,在压实、面密度、内阻等方面做好平衡。”王泽深强调。

首先,在材料端,可继续开发新型正负极材料,如高容量、高压实、高电压的正极材料和快速锂离子传输的负极材料;搭配使用低粘度溶剂电解液、快充石墨及粘结剂、正极颗粒纳米化、超薄涂布设计等,以支撑更高倍率的充电。

当前,业界有观点认为,为了让动力电池在追求快充的同时,兼顾更加全面的性能,可以将基础的磷酸铁锂材料和三元材料进行“混搭”使用。

对此,王泽深分析指出,单从材料角度看,三元材料的导电性能优于磷酸铁锂材料,容量发挥也优于磷酸铁锂材料,更容易实现6C倍率;而磷酸铁锂的主要优势则在于成本和安全。若是将磷酸铁锂与三元混搭,的确能改善高倍率电池部分安全性能,并且降低成本,但同时也会牺牲一定的能量密度。

“磷酸铁锂材料的主要优势在于不易发生热失控,这对于高倍率充电尤为重要,可以减少快充时的安全风险以及实现成本低。”蜂巢能源技术中心副主任高飞进一步解释称,蜂巢能源目前已经完成“两者掺混”体系的创新,研究数据显示,三元和磷酸铁锂材料不同比例的掺混会表现出不同的脱嵌锂离顺序,从而表现出不同的充放电能力以及循环性能。

其次,电池充电倍率越高,产热越多,因此快充电池需要更强大的冷却系统来抑制温度,保证安全性。

“实现6C快充后,电池温度基本都会超过50℃、甚至60℃,电芯热失控的风险更高。”高飞介绍说。

为应对6C充电带来的散热挑战,在电芯设计上,可进行结构创新,在提升电芯体积利用率的同时,减轻固有结构件的重量;在模组层面,可使用大面液冷技术等;在系统层面,则可以考虑提升电压平台,降低电芯容量;并加强热管理散热设计,以多面冷却(大面、大面+底面等)提升系统换热效率。

值得一提的是,宁德时代的麒麟电池架构,核心便是大面积水冷技术,不同于平铺在电芯底部的液冷系统,麒麟架构是将液冷板置于电芯之间,这样更大面积的散热保证了电池包的性能。蜂巢能源则通过定向优化电芯结构、提升结构导热散热能力,缓解快充倍率增加带来的电芯升温挑战。相较于行业平均水平,其结构温升可降低近10℃。此外,蜂巢能源还在系统层引入环绕式热管理设计,并配合纳米高分子相变材料,不仅散热面积提升400%,均温性也提升50%,实现电芯高效冷却。

超充网络亟待完善

从理想MEGE、问界M9,到极氪007、小米SU7……超快充已成为如今新车发布的标配。不过,要想推动超快充加速落地,光有充电倍率更高的电池还不够,还需要高功率充电桩的配合。

据了解,目前,市面上存在慢充、快充和超充三种充电桩,业内通常将功率120KW以上的直流充电桩称为“超充桩”。

在王泽深看来,缺乏大功率超级充电桩配套,是目前6C技术落地推广面临的最大挑战。“目前,市场超充桩的建设成本是几倍于慢充桩,用户使用超充桩价格也高于慢充桩。因此,要想普遍推广6C技术,超充充电成本也需要降低。这需要政府部门(国家及省市层面)对超充电池—车—充电桩产业链企业,给予一定政策引导和支持。”王泽深说。

重庆奥体金龙光储充一体化超充站

近年来,全国多地出台相关政策,竞相建设超充站。深圳计划到2025年,建设超充站 300 座,“超充/加油”数量比在国内率先达到 1:1;2030 年,超充站将增至 1000 座,完成超充骨干网建设,超充比加油更方便;重庆提出到2025年,建成超充站2000座、超充桩4000个的目标。截至目前,重庆建成以及在建的超充站约500座,超充桩大约800个,数量规模均居全国前列。

有专家指出,更快的充电速度对电网负荷具有很高的要求,一座城市大规模建设“超充”不仅对电网提出很高的要求,也需要协调城市发展的其他各方力量,做好各方在用电方面的平衡,才能让“超充”既方便车主,又不影响城市其他方面的正常运转。

重庆市经济信息委党组书记、主任王志杰提出,要打造全国一流的便捷超充城市,不仅要打造“超充+快充+便充”的充电生态,打造“制造+研发+服务”的产业生态,更要打造“桩端+车端+电网端”的智能生态,要加大对大数据、云计算、人工智能等关键技术研发的支持力度,加快推进重庆数字捷充平台上线运营,实现全市超充站数字化管理,引导全市公共充电站、桩全量接入,建成使用便捷、能力强大的充电服务平台。

“充电网络是重要的新型基础设施,要兼顾社会效益与经济效益。在超充、6C 的竞逐发展中,充电速度的加快不仅要兼顾社会效益与经济效益,还要兼顾电池与整车技术发展,这是一项系统工程,只有各方同频,才能在平衡中同步推进,让超充快速落地。”华为数字能源总裁侯金龙表示。

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