一、磷酸鐵鋰能實(shí)現(xiàn)千里續(xù)航嗎？
在寧德時(shí)代的產(chǎn)品序列中，麒麟電池已經(jīng)成為三元材料的代表（雖然最早發(fā)布時(shí)麒麟是兼容鐵鋰的），而神行電池已經(jīng)演變?yōu)榱姿徼F鋰材料的代表，不過神行電池也有好多個(gè)版本，比如最早發(fā)布的神行超充電池（4C快充）就分為長(zhǎng)壽命版和低溫版，其中“長(zhǎng)壽命版”可支持8年或80萬公里超長(zhǎng)電芯質(zhì)保，而“低溫版”在-10°C環(huán)境下依然能實(shí)現(xiàn)30分鐘充至80%。
此外，小米SU7 Pro版本搭載的是神行全能電池，系統(tǒng)能量密度接近160Wh/kg, 總能量也高達(dá)94.3kWh（支持純電續(xù)航830km）, 但受限于400V的電壓平臺(tái)以及超過220Ah的電芯容量，其平均充電倍率僅為1.68C左右(參考刀片與神行到底誰能贏？)。
而本次發(fā)布的神行Plus電池，在神行全能電池的基礎(chǔ)上，一口氣將續(xù)航提升到1000km, 同時(shí)平均充電倍率也維持在神行超充電池的3.6C(參考神行快充一定要麒麟電池嗎)，可謂是超充+超能兼得，是高端磷酸鐵鋰中的性能王者(參考高端磷酸鐵鋰涅槃歸來)
為了實(shí)現(xiàn)千里續(xù)航，單純?cè)黾与姵啬芰渴遣粔虻?，因?yàn)?span style=";padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important;color: rgb(250, 83, 89)">如果系統(tǒng)能量密度太低的話，所增加電池容量大部分都用來運(yùn)輸電池本身了！根據(jù)知乎博主張抗抗的計(jì)算， Tesla Model S 75kWh按照 160Wh/kg的系統(tǒng)能量密度，哪怕是能量翻倍到150kWh續(xù)航也就700km，遠(yuǎn)不到469km的兩倍，可見電池能量翻倍并不能帶來續(xù)航翻倍。
那么系統(tǒng)能量密度至少要達(dá)到什么水平才能實(shí)現(xiàn)千里續(xù)航呢？從此前量產(chǎn)的千里續(xù)航車型來看，無論是廣汽AION LX Plus的千里馬版本，還是極氪001的麒麟電池版本，其系統(tǒng)能量密度都接近205Wh/kg(參考既能千里續(xù)航又能超級(jí)快充的電池終于實(shí)現(xiàn)了)，這樣來看205Wh/kg好像是繞不開的數(shù)值。
不過在2023年5月，國(guó)軒高科發(fā)布的啟晨L600磷酸錳鐵鋰電池，單體質(zhì)量能量密度240Wh/kg，系統(tǒng)能量密度達(dá)到了190Wh/kg，官方宣稱可實(shí)現(xiàn)續(xù)航1000km(參考LMFP即將拳打LFP腳踢NCM).
此外，在2023年財(cái)報(bào)投資人溝通會(huì)上，王傳福提到比亞迪最早將在2024年8月發(fā)布第二代刀片電池，能量密度將達(dá)到190Wh/kg，純電車型的續(xù)航將突破1000km。
綜合這兩條信息，再加上目前的CLTC測(cè)試工況有利于長(zhǎng)續(xù)航的實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)能量密度190Wh/kg應(yīng)該就能實(shí)現(xiàn)千里續(xù)航。
對(duì)于磷酸鐵鋰電池而言，其質(zhì)量成組效率有望超過85%甚至達(dá)到90%的超高水平。根據(jù)年初人民日?qǐng)?bào) “動(dòng)力電池技術(shù)新能量足” 這篇報(bào)道，長(zhǎng)安汽車采用CTC技術(shù)，成組效率可達(dá)86%，并將于2024年量產(chǎn)（可能是時(shí)代長(zhǎng)安供貨）。假如按照最高90%的成組效率，那么磷酸鐵鋰單體能量密度要超過211Wh/kg才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)190Wh/kg。
而這樣的鐵鋰電芯早在2022年國(guó)軒高科就實(shí)現(xiàn)了，電芯尺寸為354*102*11.8mm（軟包）, 0.33C容量55Ah, 電壓平臺(tái)3.2V, 重量830g, 能量密度212Wh/kg.
作為2022年的WNEVC世界新能源汽車大會(huì)的創(chuàng)新技術(shù)（參考知乎答主Will.Liu），其采用預(yù)鋰化技術(shù)，正極材料克容量發(fā)揮150mAh/g, 通過顆粒摻混提高壓實(shí)密度，平衡性能(不過當(dāng)時(shí)的壓實(shí)密度也就2.4g/cc)。負(fù)極也是采用了摻硅的設(shè)計(jì)來進(jìn)一步提升能量密度。由此可見用鐵鋰實(shí)現(xiàn)千里續(xù)航還是有希望的。
二、205Wh/kg的系統(tǒng)能量密度是如何實(shí)現(xiàn)的？
要實(shí)現(xiàn)205Wh/kg的系統(tǒng)能量密度，哪怕是90%的質(zhì)量成組效率，電芯的比能量要接近228Wh/kg, 這比前面國(guó)軒的212Wh/kg還要提升7.5%左右，而且是在方型鋁殼電池上。
而且為了提高成組效率，寧德時(shí)代很可能采用了CTC的成組方式，并且疊加電芯倒置進(jìn)一步提高體積利用率，來盡可能多裝電池，因?yàn)橐?span style=";padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important;font-weight: bold;color: rgb(77, 191, 64)">至少120kWh才能實(shí)現(xiàn)千里續(xù)航。
參考小米SU7 Pro 94.3kWh實(shí)現(xiàn)830km的續(xù)航，百公里電耗11.4kWh. 按照當(dāng)前160Wh/kg的系統(tǒng)比能量，如果提高到205Wh/kg 并維持系統(tǒng)質(zhì)量不變的話，那么總能量接近120.8kWh。此前哪吒S的千里續(xù)航版本也需要117kWh(可能采用了滑板底盤，參考千里續(xù)航需要多少度電)
按照前面針對(duì)國(guó)軒212Wh/kg的電池分析，正極克容量150mAh/g, 平臺(tái)電壓3.2V, 正極材料質(zhì)量占比44%左右。因?yàn)閲?guó)軒已經(jīng)采用了補(bǔ)鋰技術(shù)，鐵鋰的克容量發(fā)揮到150mAh/g也基本是極限了，按照類似的克容量發(fā)揮和電壓平臺(tái)，正極材料占比要達(dá)到48%才能實(shí)現(xiàn)230Wh/kg的電芯能量密度。
考慮到磷酸鐵鋰的真密度只有3.65g/cc左右，在正極材料中算是比較低的，遠(yuǎn)不如三元的4.8g/cc, 要實(shí)現(xiàn)48%的質(zhì)量占比得通過提高面密度，進(jìn)一步降低銅鋁箔隔膜以及電解液等的占比來實(shí)現(xiàn)。
從官方宣傳來看，這款正極確實(shí)采用了顆粒級(jí)配技術(shù)，這樣能夠?qū)⒚恳活w納米顆粒放在適當(dāng)位置，實(shí)現(xiàn)超高壓密。以目前鐵鋰的水平來看，寧德時(shí)代的壓實(shí)密度有望超過2.6g/cc, 遠(yuǎn)高于國(guó)軒的2.4g/cc, 這樣就能在加大面密度的基礎(chǔ)上保持極片厚度穩(wěn)定，降低內(nèi)阻。
此外，常規(guī)石墨克容量大約是350mAh/g, 按照1.12左右的NP比，負(fù)極材料的質(zhì)量是正極的48%左右，占比還是偏高的。為了進(jìn)一步降低負(fù)極質(zhì)量占比，這款電池應(yīng)該是跟國(guó)軒類似，采用了摻硅的負(fù)極，而且硅的比例可能提高到10%左右，使負(fù)極克容量超過450mAh/g, 這樣負(fù)極質(zhì)量占比可以降至正極的32%。
官方宣稱負(fù)極是自主研發(fā)三維蜂窩狀材料，來提升負(fù)極能量密度，控制充放電體積膨脹。考慮到石墨本身的體積膨脹很小，不必用蜂窩狀來抑制，這款負(fù)極大概率是摻硅了的。同時(shí)電芯首創(chuàng)的一體式外殼也有利于進(jìn)一步提高材料的利用率和質(zhì)量占比。
值得注意的是，摻硅可能會(huì)影響快充性能的發(fā)揮并降低循環(huán)壽命。不過硅的放電平臺(tái)電壓比石墨高，當(dāng)摻硅量較少的時(shí)候，只有放電SOC非常低的時(shí)候才會(huì)利用到硅。新能源汽車一般最低電量很少在10%以下，這樣硅參與充放電的機(jī)會(huì)很少，對(duì)于整體快充和壽命的影響十分有限。
當(dāng)然了，以上只是按照純LFP體系進(jìn)行的猜測(cè)。寧德時(shí)代也可能采用LFP跟三元材料摻混的體系配方（在目前的三元電池中，寧王就廣泛摻雜了鐵鋰來改善安全和低溫）。
因?yàn)殡m然主流LFP的上限電壓是3.65V, 哪怕是充電到4.2V，LFP材料的循環(huán)壽命也不會(huì)受到特別大的影響：一方面文獻(xiàn)上已經(jīng)有類似的研究，比如文章Electrochemical cycling behavior of LiFePO4 cathode charged with different upper voltage limits就發(fā)現(xiàn)LFP全電池充電到3.6V或者4.2V其循環(huán)容量保持率相近；
另一方面，目前的LMFP材料中Mn/Fe的比例是6：4或者7：3，其上限電壓就是4.2V, 循環(huán)壽命也能做到1500~2000次。
小結(jié)：按照寧德時(shí)代曾毓群給小米雷軍的介紹，神行plus電池今年發(fā)布，明年正式裝機(jī)。而且后面基于三元的麒麟電池續(xù)航可以實(shí)現(xiàn)1300km。那么這款千里續(xù)航的神行Plus電池會(huì)花落誰家呢？首先排除小米，因?yàn)槔总娫谲囌宫F(xiàn)場(chǎng)并不知情。參考之前麒麟電池首發(fā)的車企來看，極氪以及理想這兩家面向高端客戶，都是有可能首發(fā)神行Plus的。
不過考慮到這款電池可能是集成CTC技術(shù)的，而寧德時(shí)代CIIC一體化智能底盤此前在三元電池上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了1000km續(xù)航，并且在北京車展上提到第一個(gè)基于磷酸鐵鋰電池的滑板底盤產(chǎn)品將于今年下半年量產(chǎn)。說不定這款神行plus電池會(huì)率先落地在滑板底盤的車型上，讓我們拭目以待。
既能千里續(xù)航又能超級(jí)快充的電池終于實(shí)現(xiàn)了
一、長(zhǎng)續(xù)航與快充之爭(zhēng)
雖然廣汽沒能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)千里續(xù)航和超級(jí)快充，但是長(zhǎng)續(xù)航和快充車型2021年以來也都相繼落地了: 其中AION LX Plus在2021年底推出了千里馬版本，使用高比能海綿硅電池，電池包能量144kWh, 純電續(xù)航1008km。2022年廣汽又在AION V上面推出了超級(jí)快充車型，采用6C快充電芯，30到80%充電只需要5min。
值得注意的是，千里續(xù)航的AION LX Plus要比普通93kWh版本貴18萬左右，且除了媒體試駕的幾臺(tái)車外，基本都是無貨狀態(tài)。類似的，6C快充版本的AION V Plus跟3C超充版本相比較，也是貴了6萬元，換來的就是30-80%充電時(shí)間縮短了5min，性價(jià)比非常低。
這就導(dǎo)致超長(zhǎng)續(xù)航和超級(jí)快充的車型都只是賺了吆喝，完成了集團(tuán)的政治任務(wù)，并沒有形成有效的出貨量。
而真正實(shí)現(xiàn)千里續(xù)航車型批量商業(yè)化的是寧德時(shí)代的麒麟電池，在極氪001車型上搭載了140kWh的總能量并實(shí)現(xiàn)了1032km超長(zhǎng)續(xù)航。其電芯容量182.5Ah, 能量密度285Wh/kg, 采用2P108S的架構(gòu)。不過該車的價(jià)格跟100kWh的版本相比較貴了10萬元，續(xù)航只增加了300km左右，價(jià)格并不便宜，性價(jià)比依然不高。
隨后，理想MEGA推出了5C快從版本的麒麟電池，能夠?qū)崿F(xiàn)峰值5C的充電倍率，最大功率超過520kW, 12分鐘就能續(xù)航500公里。
在理想MEGA 5C快充的引領(lǐng)下，一系列超級(jí)快充車型相繼問世，包括小米SU7, 智己LS6，極氪001，昊鉑HT等等，基本都能實(shí)現(xiàn)峰值4C以上的充電倍率。
尤其是隨著寧德時(shí)代神行超充磷酸鐵鋰電池的發(fā)布，將這一輪快充電池的熱度推向了高峰，也使快速補(bǔ)能成了高端車型標(biāo)配，各家的旗艦車型沒有800V和4C快充都不好意思發(fā)布了。
二、既能千里續(xù)航又能超級(jí)快充的電池
雖然在這一輪長(zhǎng)續(xù)航和超快充的競(jìng)賽中，后者由于更高的性價(jià)比脫穎而出，但僅有快充其實(shí)并沒有完全解決里程焦慮，因?yàn)榭斐錁恫⒉皇堑教幎加校疫€不一定兼容所有車型。
此外，很多高端車型的消費(fèi)者喜歡人無我有，既要有超長(zhǎng)的續(xù)航能力，也要有超快的補(bǔ)能能力，做到雙管齊下，即使高速出行也無憂無慮。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，既能千里續(xù)航，又能超級(jí)快充的車型終于在今年相繼發(fā)布了。
首先是4月8日智己L6發(fā)布的第一代光年固態(tài)電池，使用清陶的半固態(tài)電池技術(shù)，在133kWh的總能量下，實(shí)現(xiàn)了超過1000km的CLTC續(xù)航，并且12分鐘充電400km對(duì)應(yīng)了平均2C的充電倍率，400kW的峰值功率對(duì)應(yīng)了峰值3C的充電倍率(參考智己L6光年固態(tài)電池解析)。這樣的快充能力雖然出眾，但是離4C還有一定的距離。
隨后在4月19日，正力新能發(fā)布了正力?騏龍電池，擁有170kWh超大電量，支持純電MPV車型滿電續(xù)航1000公里以上，并且可以支持4C快充，充電十分鐘續(xù)航500公里（平均充電倍率達(dá)到了3C）。
其電芯的能量密度達(dá)到了306Wh/kg，系統(tǒng)能量密度高達(dá)245Wh/kg, 這兩個(gè)指標(biāo)跟智己L6的光年固態(tài)電池十分接近。更為巧合的是，正力的騏龍電池也宣稱采用了“極能態(tài)”也就是雙重半固態(tài)技術(shù)，在超高鎳正極材料表面進(jìn)行了固態(tài)電解質(zhì)修復(fù)并且使用固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合隔膜。
這樣來看正力新能和清陶的技術(shù)方向是十分接近的：都是采用超高鎳正極和高容量硅碳負(fù)極，并且使用半固態(tài)的技術(shù)來改善電池本征安全。
區(qū)別在于，清陶的半固態(tài)電池是方型鋁殼，容量超過180Ah, 而正力騏龍電池采用46大圓柱電芯，單體的容量不到50Ah。
大圓柱鋼殼對(duì)于硅的膨脹有很好地抑制作用，匹配大面熱管理設(shè)計(jì)，很容易做到Fail-Safe，單顆電芯失效整包不蔓延，也就是NTP永不熱擴(kuò)散。而且對(duì)高比能下極限快充能力的釋放也更有幫助，所以快充性能比智己L6要強(qiáng)一些。
更為炸裂的是，在4月25日的北京車展上，寧德時(shí)代發(fā)布了神行Plus電池，基于磷酸鐵鋰正極，不僅續(xù)航里程突破了1000km, 充電10分鐘續(xù)航增加600km, 平均倍率達(dá)到了3.6C，比上面兩家的都要快。而且系統(tǒng)能量密度達(dá)到了205Wh/kg, 更是不可思議。
要知道寧德時(shí)代在2023年初給極氪001供貨的140kWh千里續(xù)航電池，采用了高鎳和硅碳負(fù)極，系統(tǒng)能量密度也就205Wh/kg左右。要說磷酸鐵鋰怎么做到的系統(tǒng)205Wh/kg, 相信沒幾個(gè)人知道。官方的宣傳是正極采用了顆粒級(jí)配技術(shù)，負(fù)極自主研發(fā)三維蜂窩狀材料，電芯采用了一體式外殼。此外還可能疊加電芯倒置進(jìn)一步提高體積利用率。
不過哪怕是接近90%的質(zhì)量成組效率，做到205Wh/kg系統(tǒng)能量密度，電芯層級(jí)要達(dá)到230Wh/kg, 鐵鋰體系難以望其項(xiàng)背。國(guó)軒去年發(fā)布的LMFP摻混三元的啟晨電池勉強(qiáng)可以實(shí)現(xiàn)(參考LMFP即將拳打LFP腳踢NCM)。至于具體的實(shí)現(xiàn)方式是怎樣的，筆者會(huì)在后續(xù)的文章中進(jìn)行大膽猜測(cè)。
不過即便磷酸鐵鋰電池單體230Wh/kg, 系統(tǒng)做到了205Wh/kg, 也依然無法滿足電動(dòng)飛行器eVTOL的應(yīng)用，后者基本要求電芯比能量超過280Wh/kg, 這方面依然是高鎳和硅碳的天下。
無論是清陶還是正力的半固態(tài)電池，其電芯比能量都超過了300Wh/kg, 系統(tǒng)比能量超過240Wh/kg, 再加上相對(duì)優(yōu)秀的快充和功率性能，在特別高端的乘用車以及新型的eVTOL領(lǐng)域應(yīng)該會(huì)有所建樹。
當(dāng)然, 想要大規(guī)模裝機(jī)也沒辦法繞過成本這道坎。根據(jù)36氪旗下Power On的文章(電動(dòng)車?yán)Ь?，半固態(tài)電池能解嗎？)，如果清陶的半固態(tài)電芯能做到0.65元/Wh的話，在高端應(yīng)用場(chǎng)景應(yīng)該還是有市場(chǎng)的。正力和寧德時(shí)代雖然沒有提到成本，但是估計(jì)也不會(huì)比清陶高。 所以說既能千里續(xù)航又能超級(jí)快充的電池離我們真的不遠(yuǎn)了。
小結(jié)：既能千里續(xù)航又能超級(jí)的快充是電池技術(shù)的集大成者，清陶，正力新能以及寧德時(shí)代這三家企業(yè)，四月份密集發(fā)布了新品，均能實(shí)現(xiàn)千里續(xù)航，且充電速度越來越快。
其中清陶作為初創(chuàng)企業(yè)的代表，選擇了最為激進(jìn)的半固態(tài)路線，在正極片表面涂敷了氧化物固態(tài)電解質(zhì)，平均充電倍率2C。而作為二線電池廠中的新興勢(shì)力，蒸蒸日上的正力性能選擇了更加成熟的材料和隔膜涂敷電解質(zhì)方案，再加上大圓柱電池優(yōu)秀的熱管理，充電倍率來到了3C；而行業(yè)龍頭寧德時(shí)代并沒有采用任何半固態(tài)的技術(shù)，選擇直接在現(xiàn)有的LFP體系上做大幅升級(jí)，充電倍率高達(dá)3.6C。
這幾種技術(shù)路線也符合這幾家的市場(chǎng)狀態(tài)，寧德時(shí)代作為老大是守擂者，不希望顛覆現(xiàn)有的材料體系；正力新能穩(wěn)步提升，也傾向使用較為成熟的技術(shù)配方；而清陶是創(chuàng)業(yè)公司，技術(shù)路線上更加激進(jìn)。
不管怎樣，隨著快充和高比能電池技術(shù)的進(jìn)步， “千里奔赴，一充即達(dá)”的夢(mèng)想已經(jīng)近在咫尺了。期待著今年下半年相關(guān)車型的落地（根據(jù)北京車展上曾總給小米雷總的介紹，神行Plus電池今年發(fā)布，明年量產(chǎn)落地；后續(xù)麒麟電池續(xù)航達(dá)到1300km）。