短評|快充是2022動力電池主旋律?

事件

近日,以色列電池生產商StoreDot近日對外展示了其技術路線圖“100inX”。該公司計劃在未來10年內,開發出充電兩分鐘續航100英里(160公里)的電池。預計到2024年,StoreDot目前正在開發中的(未來或與EVE合作批次生產的)電池,可以實現充電五分鐘續航100英里(160公里)。

這款電池據說採用矽負極(silicon-dominant anode XFC lithium-ion cells),能量密度約為300Wh/kg。然而StoreDot沒有提供有關該技術的其他技術細節,只是籠統的稱之為“100inX”。

短評|快充是2022動力電池主旋律?

圖片來源:StoreDot

短評

2021年各大實力汽車廠商相繼釋出了800V高壓平臺的戰略規劃,除了小鵬·G9外,廣汽·埃安、比亞迪·e平臺、吉利·極氪、理想汽車、北汽·極狐等車企都佈局了800V快充技術,並有望在2022年陸續實現量產,2022年市面上擁有800V高壓快充技術的車型不少於10款。

但超級快充是否真的那麼容易做?

現今主流電動汽車以400V為主,充電功率最大可達100kW,30%-80%的充電時間需要30分鐘,已經達到目前材料及工藝的極限。而電動汽車的補能和續航問題仍然困擾著行業。電動汽車充電慢、續航短的問題,在2022年會得到解決麼?

800V或許是一個解決方案。在800V高壓條件下,充電功率可達300 kW -500kW,5分鐘-10分鐘就可完成30%-80%的充電。且不論快充(800V)是否會成為標配,快充技術至少帶來以下的變化:

負極:

壓實必須要做到1。6以下。石墨是最常用的負極材料,但其層間距較小(0。354nm),在快速充電模式下由於介面反應阻抗的新增,使得石墨負極相比慢充(0。xC)下更容易達到析鋰電位,鋰離子不能正常脫出嵌入,因此材料都需要摻雜或包覆,如摻矽。

正極:

可以用NCM111;不需要高鎳,正極的成本或低些;需要成本更低可以使用LFP。

面密度:

16

電解液:

高介電常數的EC、FEC和VC需要重新配比。

隔膜:

使用改性材料、多孔複合碳材料、高孔隙率高透氣性隔膜。

內阻:

主要是降低負極內阻

封裝外殼:

圓柱或軟包(各向同性)較容易滿足快充要求。

充電樁:

大功率直流快充充電樁。

熱管理:

直冷比較合適。如果出於成本考慮,繼續使用液冷也行,但增加了鋁板和乙二醇的用量,至少增加了1倍。

材料從快和強來看,要做快,就要sacrifice續航,電池可能就不是那麼“強悍”;快充電芯,如果採用顆粒更小的材料,增大活性面積降低電流密度,同時減少Li+的擴散距離,確實可以實現4C/6C/8C的效能要求。

但是顆粒過小,會帶來振實密度降低和首次效率下降的問題。另外,在現有液鋰體系情況下,過快的充電速度會導致負極極化顯著增加,導致負極電勢降低,引起金屬Li在負極表面析出,會影響鋰離子動力電池的迴圈效能,嚴重的情況下還會引起鋰鋰離子動力電池內短路的發生。

而一般快充的定義為在短時間內可以給動力電池充入大量電能,而對具體充/放電時間和電池荷電狀態沒有統一的規定。因此,快充甚至是超級快充,還有許多的技術問題需要解決。

事實上,市場需求都是寬於技術進步,而未來的技術都是現在市場需求的宣洩。2021年電動汽車的銷量暴漲和持續的對電動車補電需求,使得快充或許能夠成為選項。

但綜合來看,要實現快充必須要在電芯層面能夠扛得住,必須要在壓實、面密度、內阻等方面做好平衡;還需要在系統層面(含熱管理)要儘量的多串,使用大電壓模式;另外,就是標準的統一,包括快充充電樁(協議互認)等方面的統一。

但需要指出的是,電壓平臺的escalating,意味著整車的E/E架構都要基於高壓平臺重新設計(包括DC/DC等),而持續的高壓充電會影響鋰離子動力電池內部穩定性,則對熱管理系統提出了更高的要求。快充甚至是超級快充,對於行業的影響是全方位的,而且在技術上仍然有相當的難度。

而有意思的是,當下對快充的過度包裝(過度設計),吹過的牛逼不少,似乎已經到了亟需兌現的時候,不然誰來買單?