鋰電池分為正極和負(fù)極兩個(gè)材料,。我們經(jīng)常說的磷酸鐵鋰、三元材料這些其實(shí)指的是鋰電池的正極?，F(xiàn)在在全世界有成千上萬的實(shí)驗(yàn)室都在試圖開發(fā)性能更好的鋰電池,，其實(shí)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(fù)極上下功夫,。我們通常用的比較多的鋰電池的負(fù)極材料是石墨，但是最近這些年也出現(xiàn)了一個(gè)新的負(fù)極材料,，就是鈦酸鋰,。

這張圖只是一個(gè)引子。那么快充的核心是什么,？

在鋰離子電池放電的時(shí)候,，這個(gè)鋰離子是從負(fù)極材料里跑出來，然后跑到正極去,，這個(gè)過程其實(shí)相對(duì)來說比較容易實(shí)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(shí)候鋰離子要從正極材料里跑出來,，跑到負(fù)極材料里面去，這個(gè)過程相對(duì)來說比較考驗(yàn)負(fù)極材料,，因?yàn)殇囯x子要快速進(jìn)入負(fù)極材料,，那這時(shí)候?qū)ω?fù)極材料的結(jié)構(gòu)等問題都會(huì)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(gè)很多人夢(mèng)寐以求的特征，以往只有超級(jí)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(diǎn),，我們要從材料的角度去入手，想辦法去提升材料特別是負(fù)極材料在充電時(shí)的性能,，這就是在材料或化學(xué)基礎(chǔ)上要做的工作,。

一、電動(dòng)公交車的商業(yè)困境

那為什么要特別強(qiáng)調(diào)快充這個(gè)特征,，我想先從電動(dòng)車的應(yīng)用端來說起,。第一個(gè)在我們國家推廣這個(gè)新能源車的時(shí)候，政府最容易推動(dòng)的市場(chǎng)是電動(dòng)公交車,，純公交車從奧運(yùn)會(huì)開始到世博會(huì)到現(xiàn)在大概有六七年時(shí)間了吧,，在很多城市都有應(yīng)用?？匆唤M簡單的數(shù)據(jù),，這個(gè)PPT就講到了電動(dòng)公交車在商業(yè)應(yīng)用中遇到的困境。

以12米的純電動(dòng)大巴為例,，公交車每天典型要跑250公里,，它當(dāng)然是在A點(diǎn)和B點(diǎn)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(shí)的電量,，這個(gè)電量看起來不多,，但是在配置電池的時(shí)候，要考慮兩個(gè)系數(shù),，第一個(gè)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(gè)千瓦時(shí)的電量,，再加上夏天開空調(diào)的耗能,，這樣一來，這個(gè)電池就要裝到500千瓦時(shí)的電量才能夠滿足12米的大巴全天的運(yùn)營,。

實(shí)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(shí)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(gè)電池在12米在體積和重量上都裝不了， 所以這個(gè)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(shí)的電量,，這就導(dǎo)致了這個(gè)車不能實(shí)現(xiàn)全天的運(yùn)營，通常來說在下午的時(shí)候,，大巴車會(huì)回到充電站進(jìn)行一次被稱為快速補(bǔ)電的工作,，這個(gè)時(shí)間通常會(huì)消耗一個(gè)小時(shí)到一個(gè)半小時(shí)，補(bǔ)充一部分電量,，然后再完成下半段的運(yùn)營,。然而這個(gè)結(jié)果對(duì)公交公司而言降低了它的運(yùn)營效果，因?yàn)樵诎滋斓臅r(shí)候有兩個(gè)小時(shí)不能運(yùn)行,。

那么緊接著一個(gè)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(xiàng)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(dá)到了230瓦時(shí)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(yùn)營，而且大巴車上也基本上能裝下,，但是這個(gè)電池使用在公交大巴上面的一個(gè)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(yù)計(jì)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(yùn)營的需求,，實(shí)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(gè)思路，如果能反過來考慮這個(gè)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(diǎn)到B點(diǎn)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(diǎn)的時(shí)候都能夠在五分鐘或者十分鐘之內(nèi)把電充滿，然后跑下一趟,，那么這個(gè)方案是否也是可行的呢,？我們簡單測(cè)算一下，如果我們用80千瓦時(shí)的電池或者用120千瓦時(shí)的電池,，那么每天快充四次或者五次,、六次，每次充電時(shí)間也控制得足夠短,，利用司機(jī)到總站休息的時(shí)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(yùn)營,，但是它對(duì)電池提出了一個(gè)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?yàn)槊刻斓某潆姶螖?shù)會(huì)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(huì)比原來更長。

二,、電動(dòng)出租車的運(yùn)營難題

上面是我們對(duì)于公交運(yùn)營所設(shè)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(yùn)營里程的問題。

接下來我們將講到出租車,，PPT中說明了電動(dòng)出租車的需求,，出租車的運(yùn)營負(fù)荷要比公交車還要高。兩個(gè)司機(jī)24小時(shí)運(yùn)營,，那么全天的運(yùn)營里程典型的是 500多公里,，在壽命期內(nèi)通常是六年，它需要運(yùn)行大概一百萬公里，這是我們講到出租車的特點(diǎn),。這個(gè)特點(diǎn)其實(shí)對(duì)于電池提出了更高的挑戰(zhàn),。相比一下電動(dòng)私家車的需求，電動(dòng)私家車通常我們只是上下班時(shí)間開,，每天可能開50公里,，偶爾在周末的時(shí)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?cè)谑甑臅r(shí)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(yùn)營特點(diǎn)的差別非常大,，進(jìn)一步說,，這兩種車輛對(duì)于電池的需求也是完全不同的。

在我們國家863科技計(jì)劃中間包括現(xiàn)行的補(bǔ)貼政策中,，它的總的傾向性是鼓勵(lì)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(dòng)私家車市場(chǎng),，通過電池能量密度的提高,，來降低電池的成本，這個(gè)方向我認(rèn)為非常正確,。

但是實(shí)際上,，大家都能看到，私家車這個(gè)市場(chǎng)大面積的啟動(dòng)可能還需要若干年的時(shí)間,，在這個(gè)之前,，作為從業(yè)的公司，要想在新能源汽車領(lǐng)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(gè)市場(chǎng)上能夠有生意。

目前其實(shí)國內(nèi)在電動(dòng)出租車方面賣得最好的是比亞迪E6,，它的典型配置是65千瓦時(shí)的電池,，大概充滿電之后的實(shí)際運(yùn)營里程可以達(dá)到兩百公里左右，每天兩班司機(jī),，大概能夠運(yùn)營四百公里,。它唯一的缺點(diǎn)是什么呢？就是白天的時(shí)候每一班司機(jī)大概要花2個(gè)小時(shí)充兩次電,，夜班司機(jī)大概也要花這么長時(shí)間,，所以24小時(shí)里面，自己大概要花四到五個(gè)小時(shí)來充電,，特別是白天的充電時(shí)間，比較多地影響了司機(jī)的運(yùn)營，這是司機(jī)目前不太滿意的地方,。

其它的電動(dòng)出租車方案,，因?yàn)檠b的電量少，然后又不能快速充電,，所以它們的運(yùn)營其實(shí)是很成問題的,，可以說它的運(yùn)營效率跟真正的燃油出租車完全是兩個(gè)概念，所以也談不上經(jīng)濟(jì)性,。

那么我們?cè)O(shè)想一種可以快速充電的方案,，比如這個(gè)車上可以配載四十到五十千瓦時(shí)的電池，充滿電需要十五分鐘,，我們?cè)O(shè)想兩班司機(jī)那么每班司機(jī)各充兩次,，全天總共4次充電，累計(jì)的時(shí)間控制在一個(gè)小時(shí)之內(nèi),，這樣的話,，這個(gè)車作為出租車運(yùn)營距離燃油車的使用已經(jīng)是非常接近的了。另外,，就是我們來看如果要滿足六年九十萬公里或者一百萬公里的需求,，那么電池需要全充放的次數(shù)大概在4300或者5000次左右。

三,、快充電池特性

從現(xiàn)在新能源汽車政府推廣的力度來看,，公交車的力度是最大的，緊隨其后,，政府的手能夠伸到地方就是出租車,。所以我們總結(jié)一下運(yùn)營車輛的特征，不管是出租車還是公交車,，第一個(gè)它是一個(gè)生產(chǎn)工具,，它有別于我們個(gè)人消費(fèi)者的車輛，每天的運(yùn)行要十五小時(shí)甚至到二十四小時(shí),，車輛每天的運(yùn)營里程很長,，公交要二百五十公里，出租車要五百公里以上,，第三個(gè)是車輛的壽命,，或者說對(duì)電池的壽命要求都希望達(dá)到六十萬甚至一百萬公里，所以簡單來說,，針對(duì)這樣的需求,，快速充電和長壽命是這個(gè)電池最基本的一個(gè)特征。

那么針對(duì)這兩種需求,，有沒有電池能夠滿足這種商業(yè)上的要求,？我們剛才談到了十分鐘或者十五分鐘充電,，那么它的壽命希望達(dá)到五千次，甚至是一萬多次,。從 2007年開始微宏一直在這方面在做努力,，在過去的幾年中，我們先后開發(fā)了兩代的產(chǎn)品,，第一代是鈦酸鋰,，這個(gè)電池在25℃下6C充放循環(huán)下，循環(huán)兩萬五千次容量可剩余78%,，第二張圖是第二代我們稱為多元復(fù)合鋰電池,，這個(gè)電池有一萬次的循環(huán)壽命。

四,、電動(dòng)公交與電動(dòng)出租的快充方案

這兩個(gè)電池他們的出現(xiàn)就是針對(duì)前面提到的兩個(gè)市場(chǎng),，一個(gè)是公交，另一個(gè)是出租車,，2011年3月,，最早的第一批的六輛裝鈦酸鋰的公交大巴在重慶上線了，它的充電用了兩把槍,，充電電流達(dá)到了500安培,，標(biāo)準(zhǔn)電壓560伏，充電機(jī)的功率大概400千瓦,。這批車到現(xiàn)在運(yùn)行了4年,，每天充電5次左右，每充一次電線路的里程大概是30多公里,，這個(gè)項(xiàng)目非常好的詮釋了鈦酸鋰電池在快速充電的條件下它的長壽命和穩(wěn)定性,。

三年之后，重慶這個(gè)模式走出國門,，得以進(jìn)入到了德國Munster,，VDL采購了一批純電動(dòng)快充的大巴電池，這也是我們引以為豪的事情,。

同樣是在去年,，倫敦這個(gè)紅色雙層巴士，1000臺(tái)的訂單下給了微宏動(dòng)力,，這個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)增程式的串聯(lián)系統(tǒng),，配了18個(gè)千瓦時(shí)的鈦酸鋰。目前已經(jīng)有400多臺(tái)上線運(yùn)行了,，在今年年底之前會(huì)把剩余的500多臺(tái)投入運(yùn)行,。

從去年下半年開始，國內(nèi)的公交市場(chǎng)非?；鸨?，從去年開始我們陸陸續(xù)續(xù)在國內(nèi)很多城市都投入了快充的電動(dòng)公交車,，特別是在北京，北京公交去年總計(jì)采購了390臺(tái)配備快充電池的大巴及中巴,，全部都采用了快速充電的模式,，所以快充在公交行業(yè)獲得了相當(dāng)廣泛的認(rèn)可。

在公交之后,，談到出租的應(yīng)用目前其實(shí)還沒有開始。我們所設(shè)想的方式是純電動(dòng)的出租車能夠在10~15分鐘之內(nèi)充滿電,，且每次充滿電續(xù)航里程能夠達(dá)到250公里,。電池能夠使用60萬公里，盡量做到與公交等壽命,，這是我們所設(shè)想的電動(dòng)出租車的一個(gè)商業(yè)模式,。

五、快充需解決的技術(shù)問題

在快充體系之間,，電池溫度是影響它壽命最大的殺手,，50℃下容量衰減幾乎加快一倍，所以溫度控制是非常重要的,。

在成本可以接受的情況下,，我們會(huì)建議采用液冷的方式，我們把電池直接浸沒在高絕緣性的阻燃液體中,，然后把這個(gè)液體循環(huán)出去,，循環(huán)出去之后跟空調(diào)的氟利昂直接換熱，換完熱之后再回到電池中,。這個(gè)是倫敦雙層巴士運(yùn)行了這樣一個(gè)系統(tǒng),，運(yùn)行得非常好，我們希望在乘用車上也能夠采用這樣的系統(tǒng)來解決快充的時(shí)候電池的熱管理問題,。

對(duì)于電池安全,，客觀上來講，鋰電池的絕對(duì)安全是不存在的,，它是易燃的,、本身帶有能量的物體，所以我們能夠做到的是在材料體系上,，電芯的單體制造和成組技術(shù)上進(jìn)行充分的設(shè)計(jì)來確保當(dāng)有意外發(fā)生的時(shí)候整個(gè)系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)燃燒,、爆炸。

微宏在大巴車上開發(fā)了一套比較獨(dú)特的系統(tǒng),，就是把電池直接浸沒在高絕緣性的阻燃液體中,，那把電池浸在油里的好處是什么呢？油隔絕了空氣,，當(dāng)出現(xiàn)意外的時(shí)候,，熱失控高溫的點(diǎn)和可燃物泄露出來的時(shí)候,，它不會(huì)第一時(shí)間接觸到空氣，可以很有效地避免起火或者爆炸的發(fā)生,。

我們做了一個(gè)具有象征意義的測(cè)試,，在空氣中尖穿刺一個(gè)鋁殼電池或者在油中間穿刺一個(gè)電池，測(cè)試發(fā)現(xiàn),，在空氣中穿刺的時(shí)候,，我們觀察到電池表面的溫度是六百多度的高溫，并且很容易起火,，而在油中針刺的時(shí)候我們能觀察到的溫度大概只有一百多度,。所以隔絕空氣能夠很有效地緩解電池在出現(xiàn)失控的時(shí)候的危險(xiǎn)。

六,、快充電池的其他工業(yè)應(yīng)用

最后一張PPT是講快充在其他工業(yè)上的應(yīng)用,，除了講到的兩個(gè)目標(biāo)市場(chǎng)：公交車和出租車之外，在所有24小時(shí)運(yùn)營的移動(dòng)工具上,，包括碼頭拖車,、叉車、 RTG,，無一例外對(duì)快充都有著需求,。另外，在高功率使用的啟停電池上也可以發(fā)揮它長壽命和大功率的特性,。第三個(gè)是在增程式或者插電式車輛上,，在高功率使用的情況下這種電池也會(huì)有很好的運(yùn)用。