快充技術對于鋰電池有哪些重要性

　　鋰電池分為正極和負極兩個材料。我們經(jīng)常說的磷酸鐵鋰、三元材料這些其實指的是鋰電池的正極?，F(xiàn)在在全世界有成千上萬的實驗室都在試圖開發(fā)性能更好的鋰電池，其實大家無非是想在金屬氧化物中尋找一種性能更好的、容量更高、壽命更長，或者是充放電的功率更好的一些正極材料，或者是在負極上下功夫。我們通常用的比較多的鋰電池的負極材料是石墨，但是最近這些年也出現(xiàn)了一個新的負極材料，就是鈦酸鋰。

　　這張圖只是一個引子。那么快充的核心是什么？

　　在鋰離子電池放電的時候，這個鋰離子是從負極材料里跑出來，然后跑到正極去，這個過程其實相對來說比較容易實現(xiàn)，也就是說鋰電池的放電功率可以做得很大。

　　但是傳統(tǒng)來說，充電就不這么容易了，充電的時候鋰離子要從正極材料里跑出來，跑到負極材料里面去，這個過程相對來說比較考驗負極材料，因為鋰離子要快速進入負極材料，那這時候對負極材料的結構等問題都會造成破壞，所以通常來說，鋰離子電池在快速充電方面表現(xiàn)的性能是不行的。

　　但是快充卻是一個很多人夢寐以求的特征，以往只有超級電容才能表現(xiàn)出來快充，所以要克服鋰電池不能快充的特點，我們要從材料的角度去入手，想辦法去提升材料特別是負極材料在充電時的性能，這就是在材料或化學基礎上要做的工作。

　　一、電動公交車的商業(yè)困境

　　那為什么要特別強調快充這個特征，我想先從電動車的應用端來說起。第一個在我們國家推廣這個新能源車的時候，政府最容易推動的市場是電動公交車，純公交車從奧運會開始到世博會到現(xiàn)在大概有六七年時間了吧，在很多城市都有應用。看一組簡單的數(shù)據(jù)，這個PPT就講到了電動公交車在商業(yè)應用中遇到的困境。

　　以12米的純電動大巴為例，公交車每天典型要跑250公里，它當然是在A點和B點之間來回地跑，典型的電耗每公里0.8度電，這輛車如果白天跑一整天的話大概要消耗200千瓦時的電量，這個電量看起來不多，但是在配置電池的時候，要考慮兩個系數(shù)，第一個是電池充放電區(qū)間，電池壽命的衰減，這樣的話要配置 312個千瓦時的電量，再加上夏天開空調的耗能，這樣一來，這個電池就要裝到500千瓦時的電量才能夠滿足12米的大巴全天的運營。

　　實際上在現(xiàn)在鋰電池能量密度水平上，如果裝配磷酸鐵鋰，大概500千瓦時的電池可能要6噸重， 目前的成本至少要100萬以上，這樣一個電池在12米在體積和重量上都裝不了， 所以這個方案大家都用不了。

　　通常的做法是裝差不多一半的電即三百千瓦時的電量，這就導致了這個車不能實現(xiàn)全天的運營，通常來說在下午的時候，大巴車會回到充電站進行一次被稱為快速補電的工作，這個時間通常會消耗一個小時到一個半小時，補充一部分電量，然后再完成下半段的運營。然而這個結果對公交公司而言降低了它的運營效果，因為在白天的時候有兩個小時不能運行。

　　那么緊接著一個問題就是，我們有沒有可能采用能量密度更高的電池來完成這項工作？目前已經(jīng)商業(yè)化的電池中間能量密度最高的是特斯拉用的松下18650的電芯，其電芯的能量密度達到了230瓦時每公斤，如果真的要裝五百度電的話，重量大概是3.5噸，它能夠滿足全天的運營，而且大巴車上也基本上能裝下，但是這個電池使用在公交大巴上面的一個問題就是它的壽命，它重組之后的循環(huán)壽命可能只有五百次，所以我們預計它在公交上這樣使用的話每天充一次電大概只能用兩到三年。

　　所以我們看到在公交大巴上面使用能量型的電池試圖來解決全天運營的需求，實際面臨著很多工程上以及成本上的問題，要么太重，要么太貴，要么壽命不夠好。

　　但我們還有另外一個思路，如果能反過來考慮這個問題，我們不裝那么多的電池，而是把電池裝得更少，但是使用快速充電的方法。假如我們不需要跑250公里，只需要跑一圈，比如一輛公交車從A點到B點是二十公里，那我只需要裝跑二十公里的電池，然后每次到終點的時候都能夠在五分鐘或者十分鐘之內把電充滿，然后跑下一趟，那么這個方案是否也是可行的呢？我們簡單測算一下，如果我們用80千瓦時的電池或者用120千瓦時的電池，那么每天快充四次或者五次、六次，每次充電時間也控制得足夠短，利用司機到總站休息的時間。也就是說如果我們通過少裝電池的方式，多次充電的方式也能滿足公交的運營，但是它對電池提出了一個挑戰(zhàn)，就是說電池要能夠快速充電，那十分鐘左右就要把電充滿。另外，因為每天的充電次數(shù)會變多，比如說每天從一次變成了三四次甚至五次，那么在快充條件下，要求電池的循環(huán)壽命也會比原來更長。

　　二、電動出租車的運營難題

　　上面是我們對于公交運營所設想的一種方式，就是通過每一趟或者兩趟快速充電來解決全天運營里程的問題。

　　接下來我們將講到出租車，PPT中說明了電動出租車的需求，出租車的運營負荷要比公交車還要高。兩個司機24小時運營，那么全天的運營里程典型的是 500多公里，在壽命期內通常是六年，它需要運行大概一百萬公里，這是我們講到出租車的特點。這個特點其實對于電池提出了更高的挑戰(zhàn)。相比一下電動私家車的需求，電動私家車通常我們只是上下班時間開，每天可能開50公里，偶爾在周末的時候有可能有一次長距離的旅行比如說三百公里，那通常來說，我們在十年的時間里頭可能這輛車能跑20萬公里，所以我們看到私家車和出租車，這兩種車輛的運營特點的差別非常大，進一步說，這兩種車輛對于電池的需求也是完全不同的。

　　在我們國家863科技計劃中間包括現(xiàn)行的補貼政策中，它的總的傾向性是鼓勵大家把電池的能量密度做高，把車輛的行駛里程做長，這樣做的終極目的是為了最終能夠啟動私家車市場，通過電池能量密度的提高，來降低電池的成本，這個方向我認為非常正確。

　　但是實際上，大家都能看到，私家車這個市場大面積的啟動可能還需要若干年的時間，在這個之前，作為從業(yè)的公司，要想在新能源汽車領域分一杯羹的話，我們要看一看眼下，以及未來三年我們能夠在哪個市場上能夠有生意。