动力电池如何有效提升电动汽车的续航里程及充电速度？

作为电动汽车行业的从业者，研发过程中肯定离不开和用户交流，我的目的就是收集他们最真实的反馈。在这期间我总会听到一些用户在向我抱怨：

赵总，假如我买电动车，肯定担心续航里程不够用。

赵总，我不买电动车，主要原因是充电速度太慢了，没有加油方便。

在和用户沟通的过程中，以上两点问题出现频率非常高。

当然，你可以列举出一些案例作为反驳，例如部分车主家里有2-3辆车，不在乎纯电动车的续航里程。抑或是一些车主的使用场景较为简单，白天通勤，晚上慢充一整夜，不在乎充电速度。

但不可否认的是，对于最广大用户而言，续航里程、充电速度这两点很大程度上决定了纯电动车型的使用体验，而这也对动力电池的性能提出了更高要求。

今天我就想和大家分享一下，从动力电池的研发角度上出发，如何提高电动汽车的续航里程和充电速度。

1、续航里程不够，能量密度来凑

续航里程有多重要，你去观察各家车企的宣传策略就能看的出来，XXX续航里程有水分、XXX只挑理想工况测试……

总之各种嘴仗打不停。而这也从侧面能看出，续航里程在电动车产品开发策略中占据着极其重要的地位。

站在我的角度上看，对于常用的三元锂电池，“提升电池容量”仅仅是从物理角度解决问题，一味地扩大电池容量对于续航里程提升有限。想要触及问题本质，咱们得从化学角度想办法：提升“能量密度”。

​至于最有效的解决方案，则是对电池正极材料下手：提升三元材料中镍元素的比例，打造“高镍电池”。具体到数字来看，镍钴锰三者之间的比例将从两年前常用的5：3：2向6：2：2转变，最终2020年左右转化成8：1：1的比例，也就是“811”电池。至于结果，则是将动力电池的能量密度从200Wh/kg左右上升到300Wh/kg。同样标准下，续航里程实现翻倍。

目前来说大规模量产“811电池”这一点，被Elon Musk抢先实现了。

特斯拉就曾在今年第一季度的财报中透露，新投产的Model 3在动力电池中加大了镍元素的比例，其中很大一部分原因也是为了提高续航里程。

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理想状况下，“811”电池一旦开始普及，主流电动车型应该可以做到470km左右的最大续航里程，而这也将接近燃油车型的平均续航水平。不过，受政策、镍钴锰元素价格波动等多方面影响，“811”电池的具体普及还需要一些时间，但是圆柱形电池由于天生的结构优势，比方形电池更适合应用“811”方案。零跑S01的长续航版本就会用到“811”配方的圆柱形电池。

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这一部分是我在研发零跑S01过程中，对于“如何提高续航里程”所做的思考和经验总结。

2、充电速度要快，负极材料迭代

续航里程决定了你能跑多远，充电速度则决定你要在充电站待多久。想要进一步实现快充，除了要发展充电桩技术外，动力电池还有待升级的空间，也就是提高充电倍率“C”。下面咱们再来分析，如何从动力电池角度出发，提高充电速度。

咱们还是拿三元锂电池为例，电池的充放电过程可以总结为氧化还原反应。充电过程中，锂离子从正极材料脱嵌，随后经过电解液进入负极材料，而这一过程中的扩散速度也就成为了决定充电速度的关键。

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（18650电池内部结构示意图，图片来源：电子发烧友）

据我了解，现阶段，行业的普遍思路则是从“负极材料”方面入手。具体展开来说，可以改变负极材料的空间结构，将现有材料替换为碳-硅复合材料。

一旦负极材料空间结构发生变化后，锂离子的扩散“阻碍”自然降低，内部流动性加强，最终充电速度得以加快。

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光讲原理或许有些枯燥，放大到产品层面，特斯拉Model S 75D目前可以做到接近40分钟充满80%电量。最新款的Model3则可以达到2.2倍的充电速度，也就是20分钟充80%的容量，对应续航里程在400公里。而保时捷 Mission E Cross Turismo充电速度更加夸张，87.5kWh的电池容量可以搭配350kw的快速充电，充电倍率达到4倍，也就是10分子左右可以充80%的容量，提供接近400km的续航里程。根据业内的统计，4-5倍率的充电能力将在未来几年内逐步普及。

当然，以上案例所带来的充电速度提升，表面上看是超高功率充电站所带来的功劳，实则背后离不开动力电池承载力的提升。这就好比一个人首先要有消化能力非常好的胃，其次才能吃掉大量食物。前者是基础，后者是结合努力后的结果。

说了这么多，有一点特别想分享给大家：无论是能量密度的提升还是充电速度的加快，这一切都要建立在安全的基础上。目前新闻上出现的一些“电动车着火“事件，就是在提醒从业者，提升动力电池性能的同时也要谨慎。任何时候，安全问题都要摆在产品开发的最高优先级。

可以预见的是，随着新能源汽车国家补贴的退坡，市场对于动力电池性能的要求将会越来越高。用户需要的是接近甚至超过传统燃油车的使用体验，而这也将对产业链上下游研发人员提出更大挑战。

“Conamix 很高兴与 Volta 合作，加速推出用于锂离子电池的下一代电极材料。”Conamix 创始人兼首席执行官查尔斯·汉密尔顿（Charles Hamilton) 说：“我们专注于新型低成本和高能量材料，这些材料可以投入到全球锂离子电池市场的现有制造系统中。Volta 的合作为 Conamix 带来了技术和业务专长的独特组合。他们既有国家实验室系统的联系，又有经验和判断，以帮助我们在推出全球产品的道路上更好地应对挑战。”

虽然传统的风险投资基金往往缺乏将实验室创新推向市场所需的技术专长和耐心，但沃尔在投资创业努力和驾驭国家实验室系统的研发能力方面拥有丰富的经验。随着 Conamix 技术的进一步开发，该创业公司可以从 Volta 与阿贡国家实验室的合作中受益。

“从催化过该领域 20 多家创业公司的组织角度来看，NEXUS-NY 对 Conamix 早期的成就感到非常兴奋。我们有信心，在沃尔的支持下，Conamix 将对电池行业产生深远的影响。Volta 的发展模式使得国家实验室系统的基础设施与团队的技术和投资专长相结合，大大提高了 Conamix 的成功概率。”清洁能源种子加速器 NEXUS-NY 的创始执行董事 Doug Buerkle 说。NEXUS-NY 自成立以来一直与 Conamix 合作。

总结：

1、提升电池能量密度可以有效提升续航里程，具体研发方向是提高三元材料中镍元素的比例，打造“811”电池。

2、将电池负极替换为碳-硅复合材料，加强内部流动性，充电速度得以提高。

最后，我希望以上分享能为大家理清研发思路，共同为用户创造更好的电动车使用体验。当然，也欢迎各位专业人士在文末留言，提出更好的意见和建议。