高壓快充專題報(bào)告：高壓快充憑風(fēng)起技術(shù)升級(jí)正當(dāng)時(shí)

高壓快充專題報(bào)告：高壓快充憑風(fēng)起，技術(shù)升級(jí)正當(dāng)時(shí)政策落地，車企發(fā)力，快充電池加速滲透按充電技術(shù)，充電樁可分為直流樁和交流樁新能源汽車動(dòng)力電池主要通過(guò)充電和換電兩種方式實(shí)現(xiàn)補(bǔ)能。按照不同充電技術(shù)分類，充電樁可分為直流樁和交流樁。交流充電樁，俗稱“慢充”，一般是小電流、樁體較小、安裝靈活，充電速度較慢，由于技術(shù)成熟，成本較低，一般集中在居民小區(qū)。直流充電樁，俗稱“快充”，一般是大電流，樁體較大，可以提供足夠功率，短時(shí)間內(nèi)充電量更大，實(shí)現(xiàn)快充要求，因此多集中在對(duì)充電效率要求較高的場(chǎng)所，比如高速公路服務(wù)區(qū)、集中型充電站等地?？斐淇梢苑譃楦唠妷嚎斐浜痛箅娏骺斐涑潆姇r(shí)間由電壓和電流共同決定。對(duì)于充電樁而言，充電時(shí)間=電池容量/充電功率，由于增大電池容量提高電動(dòng)車的續(xù)航能力，這是發(fā)展的必然趨勢(shì)，因而想要縮短充電時(shí)間，大功率充電是最佳解決方案之一。又因功率=電壓×電流，想要縮短充電時(shí)間，可以通過(guò)增大電流和提高電壓的方法來(lái)增大充電功率?？斐淇梢苑譃楦唠妷嚎斐浜痛箅娏骺斐?，高壓快充更受樁企和車企的偏愛(ài)。大電流快充對(duì)散熱性的要求較高，高電壓快充則可以提升安全性和能量轉(zhuǎn)換效率，因而高壓快充獲得了大部分樁企和車企的青睞。國(guó)家和地方政策接連落地，快充網(wǎng)絡(luò)建設(shè)按下快進(jìn)鍵隨著遠(yuǎn)距離出行需求增多，2014年以高速公路服務(wù)區(qū)配套建設(shè)快充網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的政策開(kāi)始提出，2020年政策提出居民充電服務(wù)慢充為主、應(yīng)急快充為輔、公共充電網(wǎng)絡(luò)快充為主、慢充為輔的建設(shè)思路。2022年政策提出在我國(guó)現(xiàn)行直流充電接口技術(shù)方案基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高充電電流電壓，全面支持快充基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。2023年最新政策提出要通過(guò)加強(qiáng)科技創(chuàng)新引領(lǐng)，從而提升車網(wǎng)雙向互動(dòng)能力，鼓勵(lì)新技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，加快推進(jìn)快速充換電、大功率充電、智能有序充電、無(wú)線充電、光儲(chǔ)充協(xié)同控制等技術(shù)研究。新能源汽車需求呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，以純電動(dòng)車為主新能源汽車需求的爆發(fā)式增長(zhǎng)：在各國(guó)政策的大力支持下，下游車企加大新能源業(yè)務(wù)發(fā)展力度，推動(dòng)優(yōu)質(zhì)新能源車型投放、續(xù)航里程提升、智能駕駛體驗(yàn)優(yōu)化和配套設(shè)施進(jìn)一步完善，消費(fèi)需求顯著提升。2022年新能源汽車銷量為688.7萬(wàn)輛，23年上半年新能源汽車保有量達(dá)1620萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)近53%。電動(dòng)汽車以純電為主：2023年上半年，新能源汽車銷量為374.7萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)44.1%，其中純電新能源汽車實(shí)現(xiàn)271.9萬(wàn)輛的銷量，占比72.56%；插電式混合動(dòng)力售出102.5萬(wàn)輛，占比27.36%。高電壓架構(gòu)將成為下一代電動(dòng)汽車主流平臺(tái)為匹配用戶快速充電需求，車企正加快發(fā)展大功率高壓快充，充電時(shí)間向10分鐘以內(nèi)邁進(jìn)。2021年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外車企掀起了一輪800V電壓平臺(tái)車型發(fā)布潮，廣汽埃安、比亞迪e3.0、小鵬G9的800V高壓車型充電僅需5min，此外北汽極狐、東風(fēng)嵐圖、長(zhǎng)安C385、吉利極氪001等高電壓平臺(tái)車型均已經(jīng)實(shí)現(xiàn)上市銷售。車企發(fā)力，政策接連落地，快充類電池加速滲透高電壓平臺(tái)車型加速滲透。根據(jù)國(guó)內(nèi)主要車企發(fā)布的800V及以上高壓快充車型規(guī)劃，2022年逐步量產(chǎn)，預(yù)計(jì)2023年滿足3C以上高端高電壓平臺(tái)車型將密集上市，2025年主流車型將均會(huì)支持高壓快充，到2026年，800V及以上高電壓平臺(tái)車型銷量預(yù)計(jì)可達(dá)580萬(wàn)輛，占國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車比例達(dá)50%。2025年快充類動(dòng)力電池需求量約為350GWh，占國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池裝機(jī)量的59%，快充類動(dòng)力電池加速滲透。高壓快充推動(dòng)電池&材料升級(jí)高倍率成為動(dòng)力電池爭(zhēng)奪新高地高倍率動(dòng)力電池對(duì)技術(shù)提出更高標(biāo)準(zhǔn)。由于車規(guī)級(jí)動(dòng)力電池的特殊性，電池的體積較大，散熱條件較差，對(duì)于如何保證電池的安全性提成更高的要求。另外動(dòng)力電池對(duì)于循環(huán)壽命的要求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于消費(fèi)電池，這也加大了高倍率型動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)的難度?？斐鋭?dòng)力電池將是繼高鎳之后又一次重大技術(shù)升級(jí)超級(jí)快充模式下，從電池材料到電芯體系設(shè)計(jì)以及充電模式等都會(huì)影響到電池的性能保持，材料原子層級(jí)到車用系統(tǒng)層級(jí)都可能成為影響鋰離子電池快速充電的因素。影響因素大小排序：材料原子尺度＞材料微觀結(jié)構(gòu)＞電芯體系設(shè)計(jì)＞PACK(散熱、一致性等）＞系統(tǒng)（充電模式，熱管理、使用習(xí)慣等）。電池充電原理：充電時(shí)Li+從正極經(jīng)過(guò)電解液傳輸?shù)截?fù)極，其中主要的傳輸路徑有：1）經(jīng)過(guò)固態(tài)電極；2）經(jīng)過(guò)正負(fù)極的電極/電解質(zhì)界面；3）經(jīng)過(guò)電解液，包括Li+的溶劑化和去溶劑化；4）Li+在電解液中穿過(guò)隔膜，運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。正極：科學(xué)研究表明正極的衰減和CEI膜的增長(zhǎng)對(duì)鋰離子電池的快充速度沒(méi)有影響（一個(gè)蘿卜一個(gè)坑），而正極的顆粒大小和電子導(dǎo)電速率可以提升離子擴(kuò)散和電子導(dǎo)電的速率，正極可以通過(guò)減小正極顆粒和增加導(dǎo)電性提升快充性能；負(fù)極：負(fù)極材料內(nèi)部的固相擴(kuò)散系數(shù)相對(duì)較?。ㄖ饘忧度耄拗屏穗姵氐拇箅娏鞒浞烹娔芰?，負(fù)極成為電極反應(yīng)的控制步驟，提升負(fù)極材料本身的快充特性尤為重要；碳包覆、硅碳負(fù)極、二次造粒是負(fù)極改性的三種主要方式碳包覆、硅碳負(fù)極、二次造粒是負(fù)極改性的三種主要方式。負(fù)極是快充的核心環(huán)節(jié)，目前電池多采用石墨負(fù)極，直接用于快充會(huì)存在擴(kuò)散系數(shù)較低、析鋰效應(yīng)等問(wèn)題。因此需對(duì)負(fù)極改性，主要方式包括碳包覆、二次包覆、使用硅碳、二次造粒。其中碳包覆的多孔通道可以為L(zhǎng)i+提供更多傳輸路徑，從而提升倍率性；硅碳可以提升負(fù)極析鋰電位，降低鋰析出效應(yīng)，提升安全性。碳包覆：碳包覆材料成本占負(fù)極成本3%，占整個(gè)電池包成本小于0.3%。因此碳包覆材料特點(diǎn)是“低成本敏感+高性能相關(guān)”，即增加很低的成本就可以對(duì)性能提升很大；用量上，1C碳包覆比例約1%，1.5~2C碳包覆需求達(dá)5%，4C充電碳包覆需求可以超過(guò)10%，快充電池碳包覆用量提升超過(guò)一倍。硅碳負(fù)極：硅的電壓平臺(tái)比石墨高，充電時(shí)析鋰的可能性不高，高壓快充時(shí)在安全性能上，硅碳負(fù)極與石墨相比優(yōu)勢(shì)較大。但硅的導(dǎo)電性較差，同時(shí)體積膨脹系數(shù)較大，同樣材料需要改性：（1）表面碳包覆，有機(jī)改性；（2）使用多孔硅碳合金負(fù)極，獲得含有大量羥基的復(fù)合材料，通過(guò)羥基與碳酸酯的相容性促進(jìn)鋰離子的去溶劑化，實(shí)現(xiàn)高壓快充。硅的納米化處理：硅納米化，可以利用所有的硅，并預(yù)留膨脹空間，利于鋰和硅化合物的形成，有效改善循環(huán)性能。此外，還可以對(duì)納米硅進(jìn)行補(bǔ)鋰處理，解決硅碳負(fù)極電池首次充電效率低、以及電池循環(huán)壽命短的問(wèn)題。但是，成本較高，工藝制程復(fù)雜，制備難度較大。二次造粒工藝：二次造粒有利于提高負(fù)極材料性能。二次造粒工藝是將骨料粉碎獲得小顆?；暮?，使用瀝青作為黏結(jié)劑，根據(jù)目標(biāo)粒徑的大小，在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行二次造粒，經(jīng)過(guò)后續(xù)石墨化等工藝，獲得成品二次造粒負(fù)極材料。二次造粒目的：石墨二次造粒是一種對(duì)粗石墨進(jìn)行進(jìn)一步精細(xì)劃分、增加表面積的工藝，其中一次造粒減小負(fù)極顆粒體積，二次造粒重新結(jié)成大顆粒。通過(guò)二次造粒，可以讓原有的石墨顆粒更加均勻分布，增加其表面積和活性，增加了Li+的傳輸路徑，進(jìn)而提升倍率性。高壓平臺(tái)架構(gòu)下電池企業(yè)快充賽跑寧德時(shí)代：利用負(fù)極電位安全閾值與負(fù)極電位估計(jì)值的大小關(guān)系，實(shí)時(shí)調(diào)整充電電流，使電池在無(wú)析鋰副反應(yīng)的安全范圍內(nèi)發(fā)揮最大的充電能力，實(shí)現(xiàn)了電池的安全快速充電。孚能科技：公司800VTC超充超壓平臺(tái)技術(shù)超快充電池有4大優(yōu)勢(shì)。1.續(xù)航里程提高5%。在功率不變的情況下，降低電流，能有效降低系統(tǒng)熱損耗，從而提升續(xù)航里程，使用孚能科技800VTC超充超壓平臺(tái)，在相同電池容量下，所釋放的電能約高出當(dāng)前1C倍率電池的5%，使得續(xù)航里程有約5%的增幅。2.輕松實(shí)現(xiàn)3秒破百的整車加速性能。孚能科技800VTC超充超壓平臺(tái)配合高放電性能電池，能輕松實(shí)現(xiàn)整車0~100km/h破3.0s的極致動(dòng)力性能。3.安全性大幅提高。動(dòng)力系統(tǒng)的安全通常跟電池系統(tǒng)的產(chǎn)熱密不可分，產(chǎn)熱和散熱能夠達(dá)到平衡，則安全性相對(duì)可控。4.兼容國(guó)內(nèi)400V-800V系統(tǒng)。孚能科技800VTC超充超壓平臺(tái)通過(guò)BDU內(nèi)部的智能開(kāi)關(guān)矩陣自動(dòng)識(shí)別樁的電壓平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)800V和400V的自動(dòng)切換，兼容國(guó)內(nèi)800V/400V充電樁，極大程度上方便了用戶的選擇。巨灣技研：最新的巨灣鳳凰電池集成了材料、電化