一、磷酸鐵鋰能實現(xiàn)千里續(xù)航嗎？
在寧德時代的產(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版本，比如最早發(fā)布的神行超充電池（4C快充）就分為長壽命版和低溫版，其中“長壽命版”可支持8年或80萬公里超長電芯質保，而“低溫版”在-10°C環(huán)境下依然能實現(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94.3kWh（支持純電續(xù)航830km）, 但受限于400V的電壓平臺以及超過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上，一口氣將續(xù)航提升到1000km, 同時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)
為了實現(xiàn)千里續(xù)航，單純增加電池能量是不夠的，因為如果系統(tǒng)能量密度太低的話，所增加電池容量大部分都用來運輸電池本身了！根據(jù)知乎博主張抗抗的計算， 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)能量密度至少要達到什么水平才能實現(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)航又能超級快充的電池終于實現(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，國軒高科發(fā)布的啟晨L600磷酸錳鐵鋰電池，單體質量能量密度240Wh/kg，系統(tǒng)能量密度達到了190Wh/kg，官方宣稱可實現(xiàn)續(xù)航1000km(參考LMFP即將拳打LFP腳踢NCM).
此外，在2023年財報投資人溝通會上，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測試工況有利于長續(xù)航的實現(xiàn)，系統(tǒng)能量密度190Wh/kg應該就能實現(xiàn)千里續(xù)航。
對于磷酸鐵鋰電池而言，其質量成組效率有望超過85%甚至達到90%的超高水平。根據(jù)年初人民日報 “動力電池技術新能量足” 這篇報道，長安汽車采用CTC技術，成組效率可達86%，并將于2024年量產(chǎn)（可能是時代長安供貨）。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才能實現(xiàn)系統(tǒng)190Wh/kg。
而這樣的鐵鋰電芯早在2022年國軒高科就實現(xiàn)了，電芯尺寸為354*102*11.8mm（軟包）, 0.33C容量55Ah, 電壓平臺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的創(chuàng)新技術（參考知乎答主Will.Liu），其采用預鋰化技術，正極材料克容量發(fā)揮150mAh/g, 通過顆粒摻混提高壓實密度，平衡性能(不過當時的壓實密度也就2.4g/cc)。負極也是采用了摻硅的設計來進一步提升能量密度。由此可見用鐵鋰實現(xiàn)千里續(xù)航還是有希望的。
二、205Wh/kg的系統(tǒng)能量密度是如何實現(xiàn)的？
要實現(xiàn)205Wh/kg的系統(tǒng)能量密度，哪怕是90%的質量成組效率，電芯的比能量要接近228Wh/kg, 這比前面國軒的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，寧德時代很可能采用了CTC的成組方式，并且疊加電芯倒置進一步提高體積利用率，來盡可能多裝電池，因為要至少120kWh才能實現(xiàn)千里續(xù)航。
參考小米SU7 Pro 94.3kWh實現(xiàn)830km的續(xù)航，百公里電耗11.4kWh. 按照當前160Wh/kg的系統(tǒng)比能量，如果提高到205Wh/kg 并維持系統(tǒng)質量不變的話，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)
按照前面針對國軒212Wh/kg的電池分析，正極克容量150mAh/g, 平臺電壓3.2V, 正極材料質量占比44%左右。因為國軒已經(jīng)采用了補鋰技術，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，正極材料占比要達到48%才能實現(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，遠不如三元的4.8g/cc, 要實現(xiàn)48%的質量占比得通過提高面密度，進一步降低銅鋁箔隔膜以及電解液等的占比來實現(xiàn)。
從官方宣傳來看，這款正極確實采用了顆粒級配技術，這樣能夠將每一顆納米顆粒放在適當位置，實現(xiàn)超高壓密。以目前鐵鋰的水平來看，寧德時代的壓實密度有望超過2.6g/cc, 遠高于國軒的2.4g/cc, 這樣就能在加大面密度的基礎上保持極片厚度穩(wěn)定，降低內阻。
此外，常規(guī)石墨克容量大約是350mAh/g, 按照1.12左右的NP比，負極材料的質量是正極的48%左右，占比還是偏高的。為了進一步降低負極質量占比，這款電池應該是跟國軒類似，采用了摻硅的負極，而且硅的比例可能提高到10%左右，使負極克容量超過450mAh/g, 這樣負極質量占比可以降至正極的32%。
官方宣稱負極是自主研發(fā)三維蜂窩狀材料，來提升負極能量密度，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，這款負極大概率是摻硅了的。同時電芯首創(chuàng)的一體式外殼也有利于進一步提高材料的利用率和質量占比。
值得注意的是，摻硅可能會影響快充性能的發(fā)揮并降低循環(huán)壽命。不過硅的放電平臺電壓比石墨高，當摻硅量較少的時候，只有放電SOC非常低的時候才會利用到硅。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會很少，對于整體快充和壽命的影響十分有限。
當然了，以上只是按照純LFP體系進行的猜測。寧德時代也可能采用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）。
因為雖然主流LFP的上限電壓是3.65V, 哪怕是充電到4.2V，LFP材料的循環(huán)壽命也不會受到特別大的影響：一方面文獻上已經(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：按照寧德時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。而且后面基于三元的麒麟電池續(xù)航可以實現(xiàn)1300km。那么這款千里續(xù)航的神行Plus電池會花落誰家呢？首先排除小米，因為雷軍在車展現(xiàn)場并不知情。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技術的，而寧德時代CIIC一體化智能底盤此前在三元電池上已經(jīng)實現(xiàn)了1000km續(xù)航，并且在北京車展上提到第一個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)航又能超級快充的電池終于實現(xiàn)了
一、長續(xù)航與快充之爭
雖然廣汽沒能夠同時實現(xiàn)千里續(xù)航和超級快充，但是長續(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%充電時間縮短了5min，性價比非常低。
這就導致超長續(xù)航和超級快充的車型都只是賺了吆喝，完成了集團的政治任務，并沒有形成有效的出貨量。
而真正實現(xiàn)千里續(xù)航車型批量商業(yè)化的是寧德時代的麒麟電池，在極氪001車型上搭載了140kWh的總能量并實現(xiàn)了1032km超長續(xù)航。其電芯容量182.5Ah, 能量密度285Wh/kg, 采用2P108S的架構。不過該車的價格跟100kWh的版本相比較貴了10萬元，續(xù)航只增加了300km左右，價格并不便宜，性價比依然不高。
隨后，理想MEGA推出了5C快從版本的麒麟電池，能夠實現(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快充的引領下，一系列超級快充車型相繼問世，包括小米SU7, 智己LS6，極氪001，昊鉑HT等等，基本都能實現(xiàn)峰值4C以上的充電倍率。
尤其是隨著寧德時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，也使快速補能成了高端車型標配，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)航又能超級快充的電池
雖然在這一輪長續(xù)航和超快充的競賽中，后者由于更高的性價比脫穎而出，但僅有快充其實并沒有完全解決里程焦慮，因為快充樁并不是到處都有，而且還不一定兼容所有車型。
此外，很多高端車型的消費者喜歡人無我有，既要有超長的續(xù)航能力，也要有超快的補能能力，做到雙管齊下，即使高速出行也無憂無慮。
隨著技術的進步，既能千里續(xù)航，又能超級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，在133kWh的總能量下，實現(xiàn)了超過1000km的CLTC續(xù)航，并且12分鐘充電400km對應了平均2C的充電倍率，400kW的峰值功率對應了峰值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（平均充電倍率達到了3C）。
其電芯的能量密度達到了306Wh/kg，系統(tǒng)能量密度高達245Wh/kg, 這兩個指標跟智己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，在超高鎳正極材料表面進行了固態(tài)電解質修復并且使用固態(tài)電解質復合隔膜。
這樣來看正力新能和清陶的技術方向是十分接近的：都是采用超高鎳正極和高容量硅碳負極，并且使用半固態(tài)的技術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。
大圓柱鋼殼對于硅的膨脹有很好地抑制作用，匹配大面熱管理設計，很容易做到Fail-Safe，單顆電芯失效整包不蔓延，也就是NTP永不熱擴散。而且對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要強一些。
更為炸裂的是，在4月25日的北京車展上，寧德時代發(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, 平均倍率達到了3.6C，比上面兩家的都要快。而且系統(tǒng)能量密度達到了205Wh/kg, 更是不可思議。
要知道寧德時代在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, 相信沒幾個人知道。官方的宣傳是正極采用了顆粒級配技術，負極自主研發(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一步提高體積利用率。
不過哪怕是接近90%的質量成組效率，做到205Wh/kg系統(tǒng)能量密度，電芯層級要達到230Wh/kg, 鐵鋰體系難以望其項背。國軒去年發(fā)布的LMFP摻混三元的啟晨電池勉強可以實現(xiàn)(參考LMFP即將拳打LFP腳踢NCM)。至于具體的實現(xiàn)方式是怎樣的，筆者會在后續(xù)的文章中進行大膽猜測。
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飛行器eVTOL的應用，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領域應該會有所建樹。
當然, 想要大規(guī)模裝機也沒辦法繞過成本這道坎。根據(jù)36氪旗下Power On的文章(電動車困局，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，在高端應用場景應該還是有市場的。正力和寧德時代雖然沒有提到成本，但是估計也不會比清陶高。 所以說既能千里續(xù)航又能超級快充的電池離我們真的不遠了。
小結：既能千里續(xù)航又能超級的快充是電池技術的集大成者，清陶，正力新能以及寧德時代這三家企業(yè)，四月份密集發(fā)布了新品，均能實現(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，平均充電倍率2C。而作為二線電池廠中的新興勢力，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)龍頭寧德時代并沒有采用任何半固態(tài)的技術，選擇直接在現(xiàn)有的LFP體系上做大幅升級，充電倍率高達3.6C。
這幾種技術路線也符合這幾家的市場狀態(tài)，寧德時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配方；而清陶是創(chuàng)業(yè)公司，技術路線上更加激進。
不管怎樣，隨著快充和高比能電池技術的進步， “千里奔赴，一充即達”的夢想已經(jīng)近在咫尺了。期待著今年下半年相關車型的落地（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)航達到1300km）。