談快充霍克HAWKER動力鋰電池技術：誰靠譜誰忽悠？
2022-09-16 來自: 王澤龍 182 1045 0914
近年來，有關電池快充的大新聞很多，但是其中噱頭占了大多數，真正靠譜的技術卻一直處于低調的狀態。尤其是近來隨著汽車、手機方面的安全相關的新聞增多，大家有關快充技術的安全也越來越重視。在此前，筆者已經在上一篇文章中做了快充的科普，介紹了快充技術有關材料、電池結構方面的要求，更多偏向于材料技術分析;而在本文中，重要想向大家介紹靠譜與不靠譜的快充電池技術的差別，并在電動大巴這一領域，分析代表廠家(微宏、CATL、銀隆)動力鋰離子電池的技術路線與適用性，讓那些平日中一直在背后努力的電池公司揭開自己的面紗，讓廣大消費者更好地了解他們。
那些不靠譜的快充技術?
電池快充給我們能帶來的便利其實不難想象，而近來各種各樣的“幾分鐘幾秒鐘充滿電”的新聞早已滿天飛，其中有真有假，有的真的是技術積累的結果，有的可能更多的是用來吸眼球騙錢而已。筆者認為，不靠譜的快充技術(的報道)重要有以下幾個特點：
1)把實驗室中的成果無限放大，線性外推到kWh和MWh的實用領域，這方面很多新聞還真是與科研工作者沒有太大關系，很多都是新聞記者們不了解出于什么目的炮制出的大新聞。實際上稍有科研工程相關相關經驗的人都了解，這之間有巨大的差異，想要實現工程化所要花費的精力非常多，筆者也懶得再與一些拿著技術前進情懷說事的人去多費口舌了：很多人鼓吹“新技術一開始都是看似不靠譜的”，孰不知有更多的不靠譜的技術早已經死掉了，不少人有關幸存者偏差(Survivorshipbias)完全沒有概念。
典型的被媒體炮制出的大新聞，科研人員表示很無辜
典型情懷黨：情懷萬歲板載，精神勝利法賽高，陰謀論邏輯想像力豐富，可是作為一名職業鍵盤俠連關鍵的“烯”字都沒打對……
2)混淆重要矛盾，在該說能量密度的場合說功率，實際上電量、成本、壽命很多情況下是更為重要的矛盾，把電容(Supercapacitor更多用于快充)和電池(Battery)混淆就是一種典型的體現。
3)用各種媒體宣傳的把戲，用感性的詞語來忽悠：比如“震驚了”，一堆嘆號，甚至用“恭喜motherland”這樣的莫名其妙的名頭綁架大家的認知，仿佛你不認同它就是不愛國，但是文章里面卻沒有任何實質性的內容。再比如筆者搜過graphenano的美國歐洲專利，發現是數目是0。而很多吹牛的電池新技術，根本沒有任何具體信息：沒有能量密度，沒有功率密度，沒有電化學反應機理，沒有充放電典線，沒有壽命，總之幾乎什么也沒有，只有一句自我鑒定的國際領先--就一句話評價吧：空口無憑。
而反觀靠譜的快充電池技術，其都是有實打實的產品出現，都經歷了從實驗室到穩定量產的漫長過程，而且大多是大型公司出品，擁有良好的產品質量控制，在具體應用中都經歷了良好的檢驗，并且可以看到公司的專利布局，產品的具體介紹信息。只是可惜的是，電池公司本身大多數比較低調，遠沒有汽車和電子消費公司這些與消費者能直接對接的行業那么擅于影響消費者打交道，或者囿于產業鏈中與手機公司合作的需求而刻意減少對自己的產品的宣傳。
筆者認為在現在這個年代，酒香有時也怕巷子深，靠譜的電池技術理應更多的宣傳自己，這樣才能搶占宣傳的陣地，而不會總是讓一些噱頭新聞搶了理應屬于自己的風頭。
靠譜的典型快充動力鋰離子電池技術比較
筆者通過網絡等途徑收集了一些動力鋰離子電池方面相關的信息，列于以下表中。在此處，信息重要指向的是(快充型)電動大巴車這一應用領域，其與普通乘用車應用有相似之處，但是也有一些不同，重要在于：
1)安全要求更高，畢竟電動大巴電池用量多，載客量也多，一旦出現事故潛在的損失可能大于電動轎車。
2)質量比能量密度要求有所下降，畢竟電池用量較大但可用空間更大，可以適當地用多裝電池來解決續航問題，而且公交常常是固定線路。因此在普通乘用車上里程焦慮現象更明顯的磷酸鐵鋰在此處具有了一些新的優勢。
3)成本方面作者認為與普通乘用車基本處于同一水平，依照技術路線不同有一定浮動空間。
因為條件所限，快充相關的動力鋰離子電池各公司產品收集到的信息并不完全，但是可以進行初步的分析各公司的技術路線，幫助各位讀者更好地了解(大巴用)動力鋰離子電池快充技術和相關廠家。幾家公司都是筆者非常尊敬的行業中的代表公司，都在自己的領域中扎實深耕多年，有著自己核心競爭力，在快充電池領域中是佼佼者。
微宏
微宏動力，位于浙江湖州，成立于2006年。微宏動力系統(湖州)有限公司是一家集新能源及儲電技術、組合化學與化工新流程的研發、生產和銷售于一體的現代化高新技術公司，于2011年率先將快速充電技術投入到商業運營中。
微宏的幾代產品的基本情況如下：
1)第一代快速充電電池產品：即LρTO電池用的鈦酸鋰技術，在市場推廣。但是鈦酸鋰本身1.5V左右的負極電位導致了其能量密度較低，限制了其更多的使用，因此本產品更適用于頻繁停車充電的短途、固定線路公交領域。另外一個問題在于鈦酸鋰材料成本明顯高于石墨，電池成本也水漲船高。雖然電池成本一定要綜合考慮壽命、成本、性能、安全等要素，鈦酸鋰離子電池本身偏高的成本有關電動汽車、儲能行業的一次投資時造成的顧慮也是不可小視的。
2)第二代的多元復合鋰離子電池：正極是三元材料+錳酸鋰混合體系，但是把負極從鈦酸鋰改成了多孔復合碳作為負極材料。多孔復合碳是硬碳材料，最大的特點在于其比表面積增大到傳統石墨的20倍以上，新增的比表面積與孔隙也大幅新增了鋰離子的遷移和嵌入通道數量，使得鋰離子能夠快速、穩定地嵌入與脫出，從而解決了長期阻礙高能量密度石墨負極鋰離子電池產品快速充電的技術瓶頸，同時大大改善快充的能力，成本相比一代也有所下降。但是該體系電池缺點是循環壽命不夠長，硬碳的壓實密度、克容量和首次充電效率都不太理想，此外硬碳材料的高電位也導致整個電池能量密度偏低(所以三元-硬碳體系電池能量密度肯定低于三元-石墨體系，那么低于磷酸鐵鋰-石墨體系也就并不是什么特別奇怪的結果了)，而且三元材料體系的電池用于乘用車安全性仍要重點關注并不斷經受實踐檢驗(筆者不敢說沒問題，乘用車上用三元材料是否足夠安全也是一個老話題了)。但有一點可以肯定：假如想要用在大巴上，安全風險目前還是不容忽視的底層問題。
為何不太推薦用三元材料電池裝大巴?很簡單：乘用車4個門，出現事故逃生時間是幾秒;而大巴電池裝載量是普通乘用車的近10倍，按電池的故障概率疊乘來計算危險系數更高，并且其裝載人員數量更多，對逃生的需求更緊迫。因此在大巴上使用安全系數更高的電池技術是非常靠譜的理性選擇，國家之前限制三元材料電池補貼的政策其實很大程度上就是基于這樣的考慮。
摘自微宏動力“不燃燒電池”公布會PPT
有關“不燃燒電池”：微宏今年初推出了其“不燃燒電池”，當時非常吸睛，引起了技術圈內的人們的廣泛討論。筆者當時在朋友間專門問詢了這方面的信息，得知微宏使用了特別的電解液體系、凱夫拉纖維隔膜等一系列特別的優化技術提升了電池的安全性，這些技術有關電池發展自然比較具有借鑒和指引意義。然而比較遺憾的是，微宏沒有介紹該電池的能量密度、成本等關鍵信息，而且從其性能和材料體系上看，恐怕這些數據樂觀不了。業內也有人認為這也是在犧牲成本、能量密度來保證安全性，但是不管怎么樣，技術上的進步還是值得肯定的。所以筆者更傾向于認為，不燃燒電池中的技術有關將來的技術發展會很有意義，但是是在中近期的工程化應用中，會受到成本、技術等綜合方面因素的限制，變成真正的產品走向市場恐怕尚需不短的時日。
業內人士有關微宏“不燃燒電池”的評價
總結一下：
微宏動力鋰離子電池倍率性能好，較為安全，有關各種環境條件適應能力好，循環壽命長，技術新。
重要問題在于：其技術路線中三元材料正極的安全性仍有不小的困難，新技術的推廣面對著成本等方面的一系列問題，任重道遠。
CATL
CATL即寧德時代新能源科技股份有限公司，成立于2011年，位于福建省寧德市。CATL致力于通過先進的電池技術，為全球綠色能源應用，供應高效的能源存儲解決方法。公司建立了動力和儲能電池領域完整的研發、制造能力，擁有材料、電芯、電池系統、電池回收的全產業鏈核心技術。
CATL在快充電池有多年的研究和應用相關相關經驗，其技術與ATL的手機快充電池技術一脈相承，但是在此方面的技術優勢卻一直不太為廣大消費者所知，宣傳力度不夠可能是一個問題。實際上在電池業內，CATL的技術水平一直得到了廣大技術人員的認可，在圈內知名度很高，只是在普通老百姓中沒那么出名而已。在近來，隨著手機電池安全方面的一些新聞的爆出，CATL的產品品質逐步開始在新聞中得到更多的關注，這也進一步證明了該公司的技術實力和產品質量水平。
CATL的大巴快充電池技術重要是有關傳統經典材料進行優化和挖掘潛力，保證安全性、成本以及綜合性能，重視品控。CATL從手機快充電池研發開始，先后開發了幾代快充負極石墨，重要是對其進行表面綜合優化處理(CATL聲稱是“快離子環”技術)，提高其在各方向接納鋰離子的能力，加快鋰離子嵌入速率，降低充電時出現枝晶的傾向，而且這樣改性的石墨兼顧了快充和能量密度高的優點。
而在正極方面，CATL使用的是眾所周知的高安全的磷酸鐵鋰體系。考慮到磷酸鐵鋰的本征電導率不好，CATL采用了碳層包覆處理與摻雜處理，導電性能可以從本征的(10-9S/cm)提升到(10-3S/cm)優于三元材料(10-4~10-5S/cm)，而對容量的影響并不大。
另外一個要考慮的要素是電壓與安全性的問題。學過電化學的人了解，電池電壓越高，正極氧化性越強，與電解液的反應越劇烈。而在高溫下，各種反應會加劇，電池非常怕高溫下工作，發生危險的系數會很高。因此：高溫+高電壓最糟糕，在這一點上，磷酸鐵鋰本身電壓就比較低(3.45V)，加上CATL為其配備的與快充電池配合的溫控系統，針對磷酸鐵鋰的充放電程度(SOC)與溫度來進行優化的充電制度調整，從而進一步保證了安全性。而在磷酸鐵鋰VS三元材料這一老話題中，安全一直是磷酸鐵鋰的一大根本優勢，在大巴領域中該特性的意義更為重要。
根據環境溫度要調節電池充電制度
總結一下：
CATL技術的優點在于：性能好，安全性高，成本低。安全和成本可以說是動力鋰離子電池實際工程推廣中的重要考慮因素，在目前階段推廣起來具有一定的綜合優勢。
CATL技術的重要不足在于：1)磷酸鐵鋰快充電池能量密度不如三元-石墨的普通能量型電池高，因此不適合用在乘用車上，只適合用在大巴上做快充。2)磷酸鐵鋰低溫下性能不如三元，因此CATL設計了相關的循環水溫控系統來緩解這方面的問題。
銀隆
2009年成立的銀隆新能源位于珠海，其于2010年收購美國奧鈦公司，開始做鈦酸鋰材料涉足電池業務，2012年開始收購汽車公司生產電動汽車。銀隆建立了從材料到汽車的產業鏈，生產的電池重要是自產自銷，為在公交系統占領市場，公司專為公交做出10年承保整車替換、還搞零元購車的金融租賃商業模式。珠海銀隆在2015和2016年搞了兩輪融資，包括中信證券、華融資產、陽光保險、北京公交等20家品牌公司共同注資數十億人民幣。其投資方之一的北京公交也是其最大客戶。
銀隆的各業務平臺
作為一家新能源汽車公司，純電動汽車是銀隆的重要銷售產品，終端用戶為各地公交公司，其中，北京公交集團有限公司是其第一大客戶，銷售額占比37.11%。尤其引人關注的是，銀隆差不多占到了北京公交訂單的80%。北京公交同時也是銀隆的投資方之一，這可能有關銀隆進入北京市場起到了重要用途。
在近來，隨著格力收購銀隆的消息曝出，銀隆的知名度進一步提升，還帶動了鈦酸鋰概念的火熱。實際上，鈦酸鋰并非什么新技術，之前就已經有了大量的研究：筆者兩年前在知乎上寫的一個有關鈦酸鋰的介紹回答居然就在近來重新被翻出來送上了編輯推薦，感覺非常有趣。接下來，筆者將分析一下銀隆的鈦酸鋰離子電池技術路線。
銀隆的電池技術路線是鈦酸鋰快充電池，以鈦酸鋰為負極。與磷酸鐵鋰類似，鈦酸鋰也存在導電性差的問題。問題相似，解決思路也相同，銀隆的核心技術是納米化和摻雜的生產工藝(其他鈦酸鋰公司僅能做到微米級別)，解決材料離子電導等方面的一系列問題。經實測，銀隆電芯是2.3V，因此其采用的正極材料不是磷酸鐵鋰(假如鈦酸鋰搭配磷酸鐵鋰電壓不到2V)，也應該不是錳酸鋰(假如用鈦酸鋰搭配錳酸鋰，能量密度太低)，所以其正極使用的是三元材料。三元-鈦酸鋰離子電池的倍率性能較優，此外低溫性能比較好，這讓它在北方極寒地區有一定的優勢，安全性和壽命也比三元-石墨體系強。
但是該技術路線也有問題：
1)鈦酸鋰離子電池的突出問題仍是電壓太低，與三元材料配時也最多只能到2.3V(4.2-1.5)，結果就是目前成熟量產的電池能量密度很低，不如典型的以碳系材料為負極的磷酸鐵鋰和三元電池(3~4V)。銀隆目前使用的鈦酸鋰離子電池的能量密度是70-80Wh/Kg，系統能量接近60Wh/Kg其第四代新型鈦酸鋰離子電池有望在能量上接近磷酸鐵鋰離子電池，目前可能處在實驗室階段，后續可能放大。
鈦酸鋰離子電池本征的低電壓導致的低電池能量密度，使得鈦酸鋰離子電池在汽車上裝載量不可能太多，因此假如要更多考慮功率-能量(快充-續航)兩因素平衡時，鈦酸鋰離子電池會很麻煩，此時磷酸鐵鋰和三元配石墨的技術則要好的多。假如完全不考慮里程，只裝很少的電池隨跑隨停隨充，鈦酸鋰倒是可以。
2)三元的產氣和鈦酸鋰的脹氣問題都很突出，通過電解液的調整，可以基本控制鈦酸鋰固有的脹氣問題。此外能量密度及生產成本上較劣勢。采用三元材料后，銀隆的電芯最新能量密度提升到80Wh/kg，大約是三元-石墨電芯的一半。從電池類型來看，銀隆有圓柱型電池和軟包電池兩類：圓柱型用鈦酸鋰，軟包電池采用磷酸鐵鋰+石墨。圓柱電池的能量密度不高，電芯即使密堆積，組成電池組后浪費空間更多，因此能量密度與續航可能是一大核心問題。而假如要把鈦酸鋰用于制備能量密度更高的軟包電池，其對脹氣又很敏感，電池不能做大。也就是說，材料體系可能在一定程度上限制了其電池技術路線的發展。
3)成本，老生常談的成本：
鈦酸鋰離子電池的成本明顯高于其它體系電池，重要來自于以下幾個因素：A)本身較低的能量密度;B)鈦的高成本;C)鈦酸鋰工藝等性能上要解決的問題，目前三元-鈦酸鋰離子電池的成本大約是三元-石墨電芯的兩倍，在有關成本十分敏感的電池領域，這是一個必須要認真考慮的因素。成本高昂實際上也限制了鈦酸鋰離子電池裝車時的用量，以及續航，這都是該技術路線的客觀短板。
總結一下：
銀隆鈦酸鋰離子電池的優點在于倍率性能好，較為安全，有關各種極端環境條件適應能力好，循環壽命長。
重要問題在于：成本偏高而且不太可能明顯下降，此外電池能量密度偏低也限制了其在很多領域中的使用推廣，在大多數普通環境地區應用意義不那么明顯。
后記：
在本文中(上、下)，筆者介紹了有關快充鋰離子電池對材料等方面的要求，快充的意義，靠譜快充與不靠譜快充新聞的科普，以及國內典型先進電池公司的介紹和其快充技術路線的分析。快充是一種非常重要的技術，其技術含量很高，是一個從科學貫穿到工程領域的綜合技術，要很多人的共同努力才能做好。希望能有更多的人有志于投身到真正靠譜的快充技術的研發中去，做好宣傳工作，并讓更多的人了解、重視真正的快充技術，而不是讓不靠譜的技術天天宣傳自己，讓朋友圈里那些打著嘆號，說著“震驚了”新聞給吸引了過多的注意力。
近來某手機電池安全方面的大新聞實際上說明了一點：我國的電池不見得一定比哪個國家的差，他們的產品并非不可戰勝。在此，筆者也希望我國的電池工業能進一步騰飛，做出更多世界一流的產品。
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