快充電動汽車全面分析：百億市場 小快充崛起

　　我們定義慢充<1.6C，小快充1.6C～3C，快充≥3C，2017年快充客車產(chǎn)量6486輛，市場規(guī)模50億，磷酸鐵鋰、鈦酸鋰快充電池適合客車，三元快充電池適合乘用車、物流車，錳酸鋰快充電池適合PHEV插電混動汽車，2018年快充汽車市場預(yù)計百億。

　　百億市場

　　1.快充定義：慢充<1.6C，小快充1.6C～3C，快充≥3C

　　要理解快充，一個專業(yè)術(shù)語是逃脫不掉的。C!C是什么?C可以簡單理解為充、放電的速率。鋰離子電池的充放電倍率，決定了我們可以以多快的速度，將一定的能量存儲到電池里面，或者以多快的速度，將電池里面的能量釋放出來。

　　舉個例子，1C的電流，從滿電到放電完全是用1/1=1小時，2C=1/2小時，也就是30分鐘，4C，則耗時15分鐘。

　　根據(jù)2018年新能源汽車補貼政策，充電倍率小于3C的屬于非快充類純電動客車，充電倍率高于(含)3C則屬于快充類純電動客車類，但補貼政策只針對新能源客車，無乘用車和物流車標(biāo)準(zhǔn)。

　　根據(jù)業(yè)界及CATL定義，電動汽車快充是指充電電流大于1.6C的充電方式，也就是從0%充電到80%時間小于30分鐘的技術(shù)。

　　筆者綜合兩方意見，提出<1.6C為慢充，1.6C～3C為小快充，3C以上為快充。

　　2.2017年快充客車產(chǎn)量6486輛，市場規(guī)模50億

　　根據(jù)電池中國數(shù)據(jù)，2017年我國快充客車產(chǎn)量6486輛，裝機量597.52MWh，占新能源客車總量的6%，市場容量約50億。

　　在2017年快充客車中，最高倍率為6.42C。倍率在3C-5C車型產(chǎn)量為4771輛，裝機量為480.68MWh;倍率在5C-10C車型產(chǎn)量為1715輛，裝機量為116.84MWh。目前快充客車快充倍率主要集中在3C-5C之間。

　　電池帶電量在80-120kwh的裝機量為488.88Mkwh，占比82.15%，比重最高。

　　從材料來看，2017年快充客車材料主要以鈦酸鋰為主，裝機量為571.54Mwh，占比95.65%，磷酸鐵鋰、錳酸鋰、超級電容和鎳氫電池材料均可實現(xiàn)快充功能，但技術(shù)應(yīng)用尚不成熟，所占比重極小。

　　3.2017年小快充市場約50億

　　根據(jù)2017年4種類型動力電池出貨量，1.54GWh錳酸鋰主要用于PHEV插電混動汽車，部分滿足小快充要求，16GWh三元電池汽車部分滿足小快充要求，綜合估算小快充汽車市場約50億。

　　技術(shù)路線

　　4.快充技術(shù)原理

　　如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就像優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。

　　充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負(fù)極。作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，以供到達(dá)負(fù)極的鋰離子嵌入。嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。

　　快充時，鋰離子需要加速瞬時嵌入到負(fù)極。這對負(fù)極的快速接收鋰離子的能力挑戰(zhàn)很大。普通化學(xué)體系的電池在快充時負(fù)極會出現(xiàn)副產(chǎn)物，影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性。

　　能量密度與快充性能，在同一只電池中，可以說是不相容的兩個方向，不可兼得。

　　電池能量密度的追求，目前看是主流。當(dāng)能量密度足夠高，一臺車裝載電量足夠大，足以避免所謂“里程焦慮”，電池倍率充電性能的需求就會降低。

　　但是，電量大了，如果電池度電成本不夠低，那么是否要可丁可卯的購買足以“不焦慮”的電量，就需要消費者做出選擇，這么一想，快充就有存在的價值。

　5.磷酸鐵鋰快充電池適合客車

　　磷酸鐵鋰快充電池是在技術(shù)最為成熟的磷酸鐵鋰體系內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化和潛力挖掘，材料成本相對較低，再結(jié)合成熟的技術(shù)背景及穩(wěn)定的產(chǎn)品性能，發(fā)展?jié)摿薮?。代表企業(yè)有寧德時代(CATL)和沃特瑪?shù)取?/p>

　　寧德時代采用“超級鐵鋰+高能量密度快充石墨”體系快充電池，5C產(chǎn)品系統(tǒng)能量密度在70Wh/kg以上，3C型產(chǎn)品在115Wh/kg以上，循環(huán)壽命可達(dá)10000次。

　　正極方面開發(fā)了“超電子網(wǎng)”技術(shù)，增強磷酸鐵鋰的電子導(dǎo)電性能，可達(dá)三元材料的1000倍。

　　負(fù)極石墨表面采用“快離子環(huán)”技術(shù)，相當(dāng)于在石墨表面打造一圈高速跑道，極大地加快鋰離子在石墨層的嵌入，修飾后的石墨兼顧超級快充和高能量密度的特性。

　　熱管理系統(tǒng)充分識別固定化學(xué)體系在不同溫度和SOC下的“健康充電區(qū)間”，做到“全氣候”快充。

　　沃特瑪在正極材料方面，使用粒徑更小的100nm～300nm磷酸鐵鋰，而市場上普遍的磷酸鐵鋰粒徑在300～600nm之間，這樣鋰離子將擁有更快的遷移速度，能夠更大倍率的電流進(jìn)行充放電。在負(fù)極材料方面，沃特碼也是采用粒徑更小的人造石墨進(jìn)行碳包覆：小粒徑有利于鋰離子的脫離和嵌入;碳包覆能對電池的循環(huán)壽命進(jìn)行優(yōu)化改善;微孔的碳結(jié)構(gòu)有利于電解液的吸附和保液從而起到改善循環(huán)壽命的作用。

　　受限于理論能量密度的極值限制，磷酸鐵鋰未來在能量密度方面的發(fā)揮空間不大。但對于客車、物流車、專用車等商用車現(xiàn)已選用磷酸鐵鋰體系而言，快充則越來越體現(xiàn)出其重要性。

　　6.三元快充電池適合乘用車、物流車

　　三元體系快充體系，因其有更高的能量密度使該體系更受到重視，代表企業(yè)有寧德時代等。

　　寧德時代研發(fā)的“超導(dǎo)電子網(wǎng)”和“快離子環(huán)”技術(shù)在三元體系應(yīng)用更佳，實現(xiàn)15分鐘內(nèi)SOC從5%充電到85%，能量密度190Wh/kg，循環(huán)壽命超過2500次，預(yù)計在2018年內(nèi)具有批量生產(chǎn)能力，主要應(yīng)用領(lǐng)域為乘用車。

　　7.錳酸鋰快充電池適合PHEV插電混動汽車

　　錳酸鋰電池具備功率性能、放電倍率性能、低溫性能好，電壓頻率高的特點，且在三元上游原材料瘋漲的態(tài)勢下，錳酸鋰的成本優(yōu)勢正在逐步突顯。但采用此種負(fù)極材料所導(dǎo)致的缺點也是很明顯的，首先是循環(huán)壽命不夠長，另外在能量密度、高溫性能等方面仍然需要重點關(guān)注，并需要不斷通過實踐來檢驗。近年來，錳酸鋰快充電池在插電式混動客車領(lǐng)域占比增長顯著，代表企業(yè)為中信國安盟固利、億鵬新能源、微宏動力。

　　中信國安盟固利：從技術(shù)上講，盟固利錳酸鋰體系快充電池主要是從管理系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面來解決。從管理系統(tǒng)輸入解決電池?zé)崾Э貑栴}，到電池安全閥設(shè)計，再到電池結(jié)構(gòu)設(shè)計解決散熱問題等。

　　億鵬能源：主打快充類軟包錳酸鋰技術(shù)路線，主要應(yīng)用于插電式混合動力大巴領(lǐng)域，目前產(chǎn)品以18Ah、26Ah為主。

　　微宏動力：微宏動力2017年4月底，發(fā)布新一代MpCO高能量密度電池，采用了高容量高功率錳酸鋰正極材料，單體能量密度達(dá)到170wh/kg，較上一代產(chǎn)品提升41.7%，實現(xiàn)15分鐘快充，在保持快充與長壽命能力的基礎(chǔ)上更具成本優(yōu)勢。

　　然而，錳酸鋰電池高溫條件下循環(huán)性能不好是電池企業(yè)需要長期攻關(guān)的問題，通過正極摻雜可以改善錳酸鋰電池高溫性能，然而改性后的錳酸鋰材料已非“原來的錳酸鋰”了。

　8.鈦酸鋰快充電池適合客車

　　鈦酸鋰動力電池是以負(fù)極材料命名，正極采用三元材料，以珠海銀隆、微宏動力、天津捷威為典型企業(yè)。

　　從性能來看，鈦酸鋰電池的低溫性能優(yōu)越、安全性和循環(huán)使用性能較好，作為快充電池的倍率性能也得到業(yè)界的肯定。但是鈦酸鋰目前突出的問題有兩點：其一，能量密度相對較低，在政策、市場均要求不斷提升能量密度的壓力下，當(dāng)前鈦酸鋰的市場份額在整個動力電池市場中占比較低。其二，受高成本的小金屬材料如鈦、鎳、鈷的影響，鈦酸鋰電池成本明顯要高于其他體系。

　　珠海銀?。?011年，銀隆戰(zhàn)略收購全球最先進(jìn)的鈦酸鋰電池材料和儲能系統(tǒng)生產(chǎn)廠商——美國奧鈦納米科技主要股權(quán)，奧鈦鈦酸鋰材料一次顆粒才是實際意義上的納米級鈦酸鋰，一次顆粒40-60nm，而國內(nèi)其他企業(yè)所生產(chǎn)的鈦酸鋰材料一次顆粒均在150-350nm，基于鈦酸鋰材料本征導(dǎo)電性差，一次顆粒越小，電子通過路徑變得更短，因此導(dǎo)電性相對更好，更能實現(xiàn)大倍率充放電。

　　微宏動力：鈦酸鋰快充電池是微宏動力最早研發(fā)的一款，采用改性鈦酸鋰材料技術(shù)，被稱為第一代LpTO鈦酸鋰電池，LpTO鈦酸鋰電池從材料本身化學(xué)特性上，與普通鋰電池有較大區(qū)別，專門針對重型商用車輛與儲能應(yīng)用的需求設(shè)計。采用微宏專利技術(shù)的改進(jìn)鈦酸鋰材料作為負(fù)極材料，有效防止電解液于電極之間發(fā)生反應(yīng)，同時保障安全，能有效地抑制普通鈦酸鋰電池常常遇到的脹氣問題，充分發(fā)揮其超長循環(huán)壽命。LpTO鈦酸鋰電池?fù)碛?0分鐘快速充滿電、25000次循環(huán)壽命。

　　天津捷威：捷威動力在鈦酸鋰電池材料體系設(shè)計、產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)制造核心技術(shù)方面擁有完全獨立的自主知識產(chǎn)權(quán)，并且采用國際最先進(jìn)的鋰離子電池制備技術(shù)和工藝，以及當(dāng)前世界上最先進(jìn)、自動化程度最高的電池生產(chǎn)線。電池性能方面，6C放電容量保持率達(dá)到95%，且-20℃放電容量保持率達(dá)到77%。捷威動力具備生產(chǎn)大容量單體鈦酸鋰電池的技術(shù)及能力，單體電池容量達(dá)到60Ah，是世界上容量最大的大尺寸鈦酸鋰電池。并且其生產(chǎn)鈦酸鋰鋰電池的技術(shù)管控最高，從工藝設(shè)計及制作管控上解決了鈦酸鋰脹氣問題。

　　鈦酸鋰電池在循環(huán)壽命方面明顯優(yōu)于其他體系快充型電池，這因材料本省特性，即“零應(yīng)變”特性決定。但其劣勢明顯，能量密度較低，能量密度只有三元體系的一半左右。再加之價格偏高，目前大多是在快充公交上應(yīng)用，后續(xù)亟需尋求更高電壓正極材料及匹配電解液來解決此缺陷。

　　9.快充新方向——鈦鈮氧化物負(fù)極材料

　　鈦鈮氧化物是基于鈦酸鋰的基礎(chǔ)上研發(fā)產(chǎn)生的，主要優(yōu)勢在于相對于鈦酸鋰?yán)碚撊萘?75mAh/g，鈦鈮氧化物的理論容量在280mAh/g左右，且具有較高的首效。其優(yōu)勢在于從材料本征克容量高彌補了其工作對鋰電壓高的缺陷。

　　2017年10月，東芝官方宣布已成功研發(fā)新一代車用鋰離子電池，有望在2019年商用。該電池采用鈦鈮氧化物陽極材料，相對目前三元、磷酸鐵鋰等技術(shù)，實現(xiàn)顛覆性進(jìn)步。新電池具備能量密度高、充電效率快等優(yōu)點，只需充電6分鐘就能達(dá)到90%的電量。

　　產(chǎn)業(yè)推進(jìn)

　　10.對比分析——客車快充、乘用車物流車小快充

　　能量密度高，能快充，價格便宜，這是用戶最期待的理想型動力電池產(chǎn)品。然而“魚與熊掌不可兼得”，在現(xiàn)有的鋰離子電池體系下，倍率性能、能量密度、壽命、安全性、價格等動力電池最重要的五個指標(biāo)都固定在比較穩(wěn)定的雷達(dá)圖里面，提高任何一個指標(biāo)，其他的指標(biāo)相對來說都會受到損失。

　　綜合考慮各方面，后續(xù)發(fā)展趨勢為客車快充化、乘用車物流車小快充化。

　　11.典型項目——北京大1路

　　目前快充型動力電池主要應(yīng)用于城市公交等客車領(lǐng)域，因其對城市及受眾單位選擇性強，即有相對財力支持的城市或單位，比較傾向于快充型電池客車。

　　2014年9月，珠海銀隆生產(chǎn)的12輛純電動仿古觀光旅游巴士抵達(dá)北京，這一家全新的新能源客車企業(yè)才開始進(jìn)入公眾視線;2016年7月，北京公交公司采購了400輛銀隆新能源公交，如今，在北京二環(huán)線(44路環(huán)二環(huán)行駛)上，已經(jīng)是隨處可見銀隆大巴了。

　　十九大召開的前幾天，珠海銀隆中標(biāo)90臺北京公交1路18米純電動巴士，批量交付上線。

　　北京公交1路，是行駛在長安街的“國線”，北京公交公司財力雄厚，主要要求對電池性能使用便利化，選用銀隆鈦酸鋰快充動力電池組客車替代原有車型。該車型充電車輛長度達(dá)到18米，行駛用電量每公里約1.5度電，車輛從老山站出發(fā)到達(dá)終點站四惠站，全長27.1公里，往返需要85度電?！按?路”車輛配置了高安全、高穩(wěn)定的鈦酸鋰快充動力電池組，15分鐘即可完成整車充電，最大續(xù)航里程可達(dá)130公里。

　　12.珠海銀隆——投資換市場路線不可取

　　5月30日，廣東證監(jiān)局披露了最新一期的廣東轄區(qū)已報備擬上市公司輔導(dǎo)工作進(jìn)度表顯示，珠海銀隆的輔導(dǎo)進(jìn)度欄顯示的是“輔導(dǎo)終止”，最新進(jìn)度時間為2018年1月17日。這意味著，在距離招商證券進(jìn)入輔導(dǎo)僅8個月后，珠海銀隆沖刺上市之旅已戛然而止。

　　2016年12月，銀隆成都新能源產(chǎn)業(yè)園項目開工，總投資100億元;

　　2017年1月，蘭州銀隆新能源產(chǎn)業(yè)園項目簽約，前兩期計劃投資25億元;

　　2017年2月，銀隆與天津市政府簽署合作框架協(xié)議，建設(shè)新能源電池與汽車產(chǎn)業(yè)基地，一期投資70億元;

　　2017年5月，銀隆新能源南京基地開工，擬投資100億元;

　　2017年7月，銀隆與攀枝花簽署協(xié)議，布局新能源、新材料基地，項目投資不低于50億元，同月，銀隆收購南京客車制造廠框架協(xié)議簽約完成;

　　2017年8月，銀隆宣布在珠海建設(shè)新能源產(chǎn)業(yè)園及全國總部，總投資195億元;同月，銀隆與洛陽簽署合作協(xié)議，銀隆將在洛陽新能源產(chǎn)業(yè)園，總投資150億元……

　　不到一年時間，珠海銀隆在蘭州、南京、天津、洛陽等多地共計簽署11個新建產(chǎn)業(yè)園區(qū)，其中7個在建，累計總耗資超過800億元。

　　自新能源客車的推廣應(yīng)用普及，客車企業(yè)不再單守同一城市的研發(fā)、制造、銷售基地，而是加速在多個城市建設(shè)生產(chǎn)基地，比如比亞迪、珠海銀隆等企業(yè)的生產(chǎn)基地就“四處開花”，比亞迪、中車時代則是間接通過城市軌道交通投資換取新能源客車市場的典型代表。

　　表面上，不同生產(chǎn)基地的建設(shè)及應(yīng)用可以加快生產(chǎn)效率，降低運輸成本和縮短交貨時間，但是更多地是其能夠為地方政府帶來稅收，解決地區(qū)就業(yè)，能夠使企業(yè)深入滲透區(qū)域而搶占市場份額。這樣既打破了原有的地方保護(hù)壁壘，又是為自己構(gòu)建了新的壁壘。這就是典型的“投資換市場”的發(fā)展思路，地方政府和企業(yè)都能接受。

　　投資換市場也確實可以換來當(dāng)?shù)厥袌?，但是在?dāng)?shù)氐拇媪坑唵蜗炅酥?，若還沒有打開新的市場，這些企業(yè)又該何去何從?銀隆停工的背后，是依賴投資換市場的路線不可取。

　　13.快速充電設(shè)施——九縱九橫兩環(huán)

　　為服務(wù)電動汽車用戶城際出行，國家電網(wǎng)公司建成了以“九縱九橫兩環(huán)”高速公路為骨干網(wǎng)架的高速公路快充網(wǎng)絡(luò)，覆蓋了北京、上海、山東、江蘇等19個省市，可以為用戶提供直流快充服務(wù)。

　　每站配置4臺直流充電樁(少量充電站因場地面積原因只配有3臺直流充電樁)，采用國標(biāo)直流接口，每臺充電樁最大輸出功率120kW，可同時為4輛電動汽車進(jìn)行直流充電。

　　14.2018年快充汽車百億市場

　　珠海銀隆主導(dǎo)2017年快充客車市場，2017年珠海銀隆共配套生產(chǎn)28款快充客車車型，產(chǎn)量6087輛，裝機量為568.64MWh，且所用電池材料均為鈦酸鋰。2017年我國快充客車裝機總量為595.1MWh，珠海銀隆占比95.6%。

　　但2018年珠海銀隆IPO輔導(dǎo)終止，預(yù)計2018年快充汽車有以下發(fā)展趨勢：

　　1)市場：新能源汽車市場慢充為主、快充為輔、小快充崛起

　　2)技術(shù)：技術(shù)路線上快充鈦酸鋰、磷酸鐵鋰為主，小快充三元、錳酸鋰為主

　　3)產(chǎn)業(yè)：多家企業(yè)入局，多點開花，快充贏得未來