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當4C、800V多重BUFF加身，磷酸鐵鋰掀了桌子

時間:2024-01-03 09:20來源:NE時代新能源 作者:丁鈺
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磷酸鐵鋰電芯進擊的速度實在驚人。
自比亞迪刀片電池開始，磷酸鐵鋰對三元鋰的反擊戰(zhàn)是以高體積利用率為外衣的成本優(yōu)勢，覆蓋續(xù)航500km以內(nèi)的新能源汽車。2023年，反擊戰(zhàn)加劇，磷酸鐵鋰也能4C快充，做到800V，為PHEV提供大電量，對三元鋰圍追堵截。

都在做“又快又好又便宜”的電池
如今，續(xù)航焦慮不再是問題，700km以上續(xù)航的電動汽車層出不窮，讓用戶放心。問題集中在補能焦慮和成本上。解決方案就是，又快又好又便宜。
如此“不講道理”的要求，肯定讓一眾技術人腦殼疼。三元快充潛力更大，但成本高。磷酸鐵鋰價格親民，但快充性能不夠。
但是，今年，接二連三的公司宣告，他們做出來了。場場發(fā)布會全是“科技與狠活”。
8月16日，寧德時代發(fā)布“神行”超充電池。這是全球首款采用磷酸鐵鋰材料、并可以大規(guī)模量產(chǎn)的4C超充電池，充電10分鐘續(xù)航400公里。
寧德時代更是稱，神行超充電池，開啟全民超充時代。
這款電池更抗低溫，做到了常溫超充，低溫快充。即使在-10­°C，也能實現(xiàn)30分鐘充電80%，而且在低溫虧電情況下零百加速不衰減。
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12月12日，蜂巢能源，成為全球首家短刀電芯快充的電池企業(yè)。都是磷酸鐵鋰快充，蜂巢能源有什么不一樣？CEO楊紅新解釋道，他們是首家在短刀電芯上全面實現(xiàn)快充的電池廠。一張路線圖描繪的全是磷酸鐵鋰短刀電芯的快充路線，將全面普及2.2C，量產(chǎn)3C，同時量產(chǎn)4C，預研5C。
在BEV領域，蜂巢能源推出了L400和L600兩種規(guī)格的LFP短刀快充電芯，容量分別為105Ah, 130Ah和133Ah,可以實現(xiàn)最高4C的充電倍率。按照規(guī)劃，基于L600的短刀快充電芯將覆蓋3-4C場景，預計2024年Q3量產(chǎn)；基于L400的短刀超快充電芯將覆蓋4C及更高倍率場景，滿足市場主流800V高壓車型，將于2024年Q4量產(chǎn)。

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同時，蜂巢能源還進一步推出了面向PHEV市場的三款首發(fā)新品，分別為全球首款超300KM續(xù)航混動鐵鋰短刀快充電芯、全球首款超350KM續(xù)航混動三元短刀快充電芯和全球首款800V-3C混動快充電芯，更進一步滿足45KWh-65KWh配置的B級、C級SUV及MPV混動車型需求。
楊紅新表示，蜂巢能源經(jīng)歷了快充的演變，2021年4月上海車展發(fā)布蜂速快充技術，次年就完成了一款三元4C快充產(chǎn)品的設計定形，達到了量產(chǎn)狀態(tài)。今年10月份，蜂巢能源的全國首款磷酸鐵鋰2.2C的產(chǎn)品正式裝車，完成磷酸鐵鋰4C體系驗證，明年將正式實現(xiàn)4C量產(chǎn)。
同日，廣汽埃安發(fā)布彈匣電池2.0新突破——P58微晶超能電池。該電池具備3C快充能力，可實現(xiàn)充電10分鐘，續(xù)航250km，進一步解決用戶的續(xù)航焦慮。更關鍵的是在使用壽命上得到大幅提升，得益于多階梯成膜、低耗鋰負極等技術的應用，P58微晶超能電芯的常溫快充循環(huán)壽命達到4000周以上，高溫快充循環(huán)壽命達到3300周以上，整車理論行駛里程可超150萬公里，相較行業(yè)主流水平提升超25%。
12月14日，極氪發(fā)布金磚電池，同樣號稱全球首款量產(chǎn)超快充磷酸鐵鋰電池。官方信息稱，得益于浩瀚架構的全域800V平臺，金磚電池匹配800V極充V2/V3充電站，最高充電功率可達500kW。最高實現(xiàn)4.5C充電倍率；極充15min實現(xiàn)續(xù)航增加超500km+。低溫-10℃充電，金磚電池仍然可以實現(xiàn)優(yōu)異的充電速度，相比同類型產(chǎn)品，提升至少四分之一。

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而且，極氪發(fā)布會用大幅篇章講了“成本”，并稱金磚電池除了在安全、體驗上，還將在成本上引領800V時代。CEO安聰慧說，“別的企業(yè)把這個話題可能作為內(nèi)部的討論，而在極氪，我認為這沒有什么好回避的。優(yōu)秀的成本控制能力是企業(yè)技術水準的體現(xiàn)。金磚電池從電芯到電池包全部自研自造，通過平臺化設計、集成化設備和智能環(huán)保的運營能力，金磚電池的整體生產(chǎn)效率提升了40%。效率的提升帶來更好的成本競爭力。在同等性能情況下，對比三元鋰電池，金磚電池的整體成本每度電可以降低14.8%左右。”

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從各主機廠和電池廠的側重點，磷酸鐵鋰電池全新武裝后實力大增，威懾三元鋰電池在BEV/PHEV、400V/800V的地位。

BEV：鐵鋰取代三元的質(zhì)價比
2020年對電池技術路線而言是一個重要時間節(jié)點。比亞迪刀片電池一夜爆火，通過結構創(chuàng)新，提高體積能量密度，使得搭載磷酸鐵鋰電池的電動車續(xù)航可以達到600km以上，而且成本低、安全性能好，對友商來說是一個很大的沖擊。
在此之前，磷酸鐵鋰曾因政策鼓勵高能量密度電池，將市場份額拱手讓與三元鋰。
在此之后，磷酸鐵鋰憑CTP性價比取勝，在2021下半年奪回“鐵王座”。
這時，行業(yè)出現(xiàn)一種聲音：中低端車型將標配磷酸鐵鋰電池，而追求續(xù)航、快充的高端車將選用三元鋰電池。
事實也確實如此，2021年，除比亞迪之外，磷酸鐵鋰CTP普遍被應用到500km以內(nèi)續(xù)航的BEV中。想要獲得500km以上的續(xù)航，BEV還是走三元路線。2022年至2023年，僅有比亞迪在升級刀片電池GCTP、量產(chǎn)CTB電池后，將磷酸鐵鋰電池裝配到續(xù)航高達700km的BEV車上。而其他主機廠普遍在550km以內(nèi)的BEV上選用磷酸鐵鋰CTP。
這是因為磷酸鐵鋰CTP能量密度稍遜于三元鋰CTP，想要做到更高續(xù)航，必須堆更多更重的電池。比如，瑞銀投資銀行研究部對比了幾款BEV的電池包占整車重量比，發(fā)現(xiàn)海豹（550km續(xù)航版本）電池包占整車重量比例在24%-27%之間，對比2022款Model Y及ID.4等車型，重量比相對高一點。
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磷酸鐵鋰想要出現(xiàn)在更高續(xù)航的電動汽車上，或通過材料改進提高電芯能量密度，或通過結構壓縮提升體積能量密度。主機廠和電池廠仍在就這兩種方向探索鐵鋰的可能性。
電池上下游都是怎么做的呢？
蜂巢能源說，在純電車型高壓化趨勢下，電芯容量將向100-150Ah演化，支持600km以上續(xù)航，短刀快充電池比傳統(tǒng)尺寸具備更高的體積利用率，在循環(huán)性、安全性能上也表現(xiàn)更好，同時還具備極強的兼容性和適配性，更適合CTC設計。
比如，其短刀比普通電芯要薄25%，膨脹力、界面循環(huán)都會更好，溫度分布更均勻，因此即使倍率到5C/6C，冷卻上只需要上下水冷板，作為對比，傳統(tǒng)VDA做4C快充勉強可用單面冷卻，5C需要三面冷卻，6C需要中間的大面冷卻。
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而且，短刀電芯可以實現(xiàn)更高的體積利用率，L400體積利用率可以達到58-62%，而L600可以比L400再提升10%到20%。而且還有一點，在CTC結構中，在取消了下地板以后，短刀+水冷板上置就可以作為下地板，同時它底部噴射或兩側噴射，對駕駛室的危害更小，更適合CTC的設計，兼容性更強。
在各家電池新品中，極氪金磚電池的體積利用率更極致，最高達到83.7%。作為對比，極氪列了一串數(shù)據(jù)：行業(yè)著名的4680電池體積利用率為63%；普通的磷酸鐵鋰電池，體積利用率是66%；三元鋰電池的天花板，體積利用率剛突破72%。

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驚人的體積利用率，得益于隔熱材料的創(chuàng)新和高度集成的設計。極氪解釋稱，電池底部使用一體化液冷托盤，使體積利用率提升8.5%；采用了電芯、上蓋、底板的“緊湊三明治結構”，釋放電芯倉縱向空間，使體積利用率提升7.6%；電芯間采用航空級超薄熱阻隔材料，使體積利用率提升6%。
高效集成的設計，大幅優(yōu)化電池內(nèi)部結構，實現(xiàn)核心零部件數(shù)量減少35%，采樣線束單線總長減少157m，電芯以外部件總成本降低23%，結構件的大幅減少，使電池質(zhì)量能量密度提升10%+（與傳統(tǒng)三元鋰電池包相比）。
廣汽埃安的P58微晶超能電芯，質(zhì)量能量密度195Wh/Kg，體積能量密度450Wh/L，支持整車續(xù)航里程>700km。三大關鍵設計幫助P58高能量密度的實現(xiàn)：一是高體積利用率設計，通過方型疊片、頂蓋/極耳直連焊接等優(yōu)化設計，實現(xiàn)內(nèi)部體積利用率>90%；二是高面密度高壓實極片設計，正極面密度達到 480g/m2，較行業(yè)水平提升20%，正極壓實密度達到 2.65g/cm3，較行業(yè)水平提升6%；三是輕量化設計，如采用12um鋁箔，4.5um銅箔和0.3mm超薄殼體。另外，根據(jù)發(fā)布會前廣汽埃安發(fā)布的一張圖表，整包能量密度（LFP）為146.5Wh/kg，高于行業(yè)TOP電池的140Wh/kg。

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快充：4C鐵鋰一日千里

到目前為止，量產(chǎn)的快充電動汽車售價多在30-40萬元，充電倍率普遍在4C以內(nèi)，電芯6系、8系三元居多。
直到小鵬G6的上市，快充車型售價下探到20萬元左右，磷酸鐵鋰3C電池方得以規(guī)模應用。
2023年，4C磷酸鐵鋰快充電池的發(fā)展一日千里。
寧德時代表示，“神行超充電池”相較于傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池成本幾乎沒有增加，價格也不會有大的變化，基本加量不加價。
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神行電池發(fā)布后短短三個月，阿維塔、哪吒汽車、奇瑞、北汽新能源、廣汽都宣布將與寧德時代簽訂合作協(xié)議，實現(xiàn)平價4C快充電池的裝車或聯(lián)合開發(fā)。
據(jù)行業(yè)預測，奇瑞星途星紀元的售價區(qū)間將在26萬~36萬元之間；阿維塔明年的新車E15和E16將進入20萬元價格區(qū)間；哪吒汽車到2025年將發(fā)布3款新車，將覆蓋A00~B+級主流市場，聚焦30萬元以下大眾消費市場。
極氪也表示，對比同等性能的三元鋰電池，單kWh綜合成本降低14.8%。極氪在為用戶帶來極致體驗的同時，還成為純電市場的卷王。

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蜂巢能源L600的快充電芯分133Ah和130Ah兩款。其中133Ah是在已經(jīng)量產(chǎn)的2C電池的基礎之上升級而成的，基本上是加速不加價，沒有增加成本，可以做到15分鐘快充和600km的續(xù)航。同一個尺寸下，蜂巢能做到130Ah 4C，支持600km續(xù)航，全部都用磷酸鐵鋰和短刀來實現(xiàn)。兩款電芯的容量為什么選擇130Ah左右？是為400V打造的。也就是400V的快充，不管是3C還是4C，用這兩款產(chǎn)品，都可以低成本的實現(xiàn)快充。
從上述企業(yè)的電池新品動向來看，大家都在朝著一個目標前進：如何低成本地做到長續(xù)航、快充。在此過程中，磷酸鐵鋰的潛力被不斷挖掘而出，從過去的性價比轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的質(zhì)價比。

800V：磷酸鐵鋰也要發(fā)言權
講到快充，就不得不提800V高壓架構。
800V的出現(xiàn)，初衷就是為了更快的充電速度，更佳的補能體驗，是緩解補能焦慮的利器。
動力電池要如何做到800V？
電芯類型上，目前PACK電壓在600V~800V已量產(chǎn)的泛800V整車，比亞迪和騰勢采用磷酸鐵鋰電池，智己、阿維塔、小鵬、極氪、昊鉑、路特斯全部采用的是5系或6系、8系三元鋰電池。
PACK構成上，目前行業(yè)有兩種方案實現(xiàn)動力電池的800V：一是動力電池設計為800V；二是兩個400V電池通過新增的切換繼電器，在400V和800V間靈活輸出。比亞迪、智己、小鵬、極氪、路特斯等全部采用的是第一種方案。第二種方案目前應用較少，巨灣技研的鳳凰電池、特斯拉Cybertruck、通用悍馬EV設計或量產(chǎn)了該方案。
智己LS6是如今已量產(chǎn)的PACK電壓最高的BEV，高達751V，配套的電芯是寧德時代NCM622。根據(jù)此前公開過的LS6電池包示意圖，共有204顆電芯，電壓在3.7V左右。與其他泛800V整車對比，電芯單體電壓相似，電芯串聯(lián)數(shù)量更多。

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比亞迪的刀片電池使用的是磷酸鐵鋰材料，單體電壓相對三元鋰電池較低，要實現(xiàn)相同的PACK電壓，刀片電池需要更多的串數(shù)。目前，比亞迪和騰勢的整車為了達到640V電壓，需要串200顆電芯，與智己LS6的電芯數(shù)量相差無幾。
極氪發(fā)布的金磚電池，將在800V整車極氪007上應用。從電池包實體來看，金磚電池分左右兩大模組，每個模組由98塊電芯進行串聯(lián)。若按800V該整數(shù)電壓計算，單體電壓要達到4.1V，對于磷酸鐵鋰是不可能的事情。由此推測，極氪007也屬于泛800V。而從網(wǎng)上的一張截圖來看，整車項目CS1E（極氪007的代號），電池額定電壓為610V，連接形式為1P196S，也就是說單體電壓約為3.1V，與刀片電池相近。

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綜上，磷酸鐵鋰電池在被應用到泛800V整車時，往往會以接近200個單體的數(shù)量串聯(lián)而成，整體電壓在600~650V。

PHEV：鐵鋰、短刀、快充，做長續(xù)航
做爆短刀大單品在PHEV市場，是蜂巢能源的一項重要的戰(zhàn)略決策。
在12月的電池日上，蜂巢能源稱，根據(jù)PHEV市場呈現(xiàn)的大電量長續(xù)航、純電使用率上升、充電便捷性需求加大等趨勢，公司此次又重磅發(fā)布了“第二代混動電芯”，將旗下PHEV市場的熱銷大單品62Ah、90Ah、117Ah全系升級成2.2C快充，并在實現(xiàn)快充升級的同時“加速不加價”。
蜂巢能源還進一步推出了面向PHEV市場的三款首發(fā)新品，分別為全球首款超300KM續(xù)航混動鐵鋰短刀快充電芯、全球首款超350KM續(xù)航混動三元短刀快充電芯和全球首款800V-3C混動快充電芯，更進一步滿足45KWh-65KWh配置的B級、C級SUV及MPV混動車型需求。
這里有三個問題，其答案可以幫助我們理解蜂巢的想法。
第一，為什么選定PHEV？
蜂巢能源認為，可以確定的是，未來兩年，PHEV的快速增長將成為新能源汽車滲透率提升的核心驅(qū)動力。在此背景下，PHEV的市場爆發(fā)也將帶動新一輪電池裝機增量，也將帶來動力電池市場格局的變化。
從技術路徑上看，無論是插電式混動，還是增程式混動，在性能、成本、續(xù)航等方面具備綜合優(yōu)勢，也更加契合“油電同價”的發(fā)展趨勢。
從需求量上看，PHEV正在朝大里程、長續(xù)航方向發(fā)展。PHEV純電續(xù)航里程從50km朝100km、200km行進。在此背景下，PHEV車型的單車帶電量有望進一步提升。

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面對PHEV市場對更長續(xù)航、更大帶電量、更高功率以及多樣化出行的需求，對致力于打造PHEV電池大單品爆款的蜂巢能源而言，如何進一步提升PHEV產(chǎn)品競爭力，滿足市場多樣化需求成為明年爭奪該市場的重中之重。
第二，為什么做鐵鋰短刀？
考慮到“油電同價”成為用戶考慮的核心因素，蜂巢能源認為，從降本角度考慮，鐵鋰更加契合“油電同價”的趨勢。
NE時代統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，2022年~2023年，PHEV用鐵鋰帶電量確實存在上升的趨勢，占比從53.1%提升到54.1%。比亞迪自然是鐵鋰的堅定擁護者，另外吉利、長城、長安、零跑、東風啟辰、合眾在2023年都將鐵鋰大量應用于PHEV/增程。
當然，理想、問界、南北大眾、廣汽、奇瑞、兩本兩豐等OEM都選擇站在三元鋰的隊列中。這也使得三元鋰在失去比亞迪這一巨頭后仍然占有45.8%的市場。
從續(xù)航里程上看，100~150km、0-100純電續(xù)航的PHEV/增程偏向磷酸鐵鋰，150~200km和200km以上的PHEV/增程更傾向三元鋰。
也就是說，如何在有限的空間里裝入更多電量，決定著多少車企會棄三元選鐵鋰。
在蜂巢能源看來， L400短刀+CTP非常適合做PHEV電池。一是寬度適合車型布置；二是結合CTP技術可以把成組效率做上去，提高續(xù)航。

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PHEV車型由于搭載兩套動力系統(tǒng)，保留了發(fā)動機及排氣管，留給電池包的空間變小，對電芯和電池包結構都提出了高要求。
蜂巢能源的L400短刀電芯，長度正好能避開排氣管，同時與CTP電池包結構配合又能實現(xiàn)高體積能量密度、高結構空間利用率，并且有較高的系統(tǒng)成組率，可滿足PHEV對電池空間更高效的利用。
楊紅新介紹，L400 “飛疊+短刀“混動平臺專屬設計更經(jīng)濟，相比三元小電芯的PACK方案，體積利用率提升20%，能量密度提升5%，功率升高10%，而成本降低5%。
目前，蜂巢能源的鐵鋰短刀已經(jīng)應用到純電續(xù)航在50~150km范圍內(nèi)的PHEV/增程，未來的混動鐵鋰專用電芯將支持300km的純電續(xù)航，能夠做到插混從湖州往返上海不用油。
第三，為什么快充？
楊紅新指出，快充體驗提升已成為主流訴求。
原因在于，一是PHEV/增程充電慢，備受歧視；二是大電量、長續(xù)航增加純電體驗，是整個行業(yè)的需求。
基于此，蜂巢能源的“第二代混動電芯”，將旗下PHEV/增程市場的熱銷大單品全系升級成2.2C快充，同時“加速不加價”。
其中超300KM續(xù)航混動鐵鋰短刀快充電芯，基于其短刀L400 PHEV尺寸，容量達到133Ah，帶電量覆蓋45kWh~55kWh，具備2.2C快充性能，可以實現(xiàn)20分鐘充滿電。據(jù)楊紅新透露，該款產(chǎn)品將用于B級以上SUV或MPV車型。

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200~300km的長續(xù)航、2.2C快充……PHEV/增程的用電體驗越來越接近純電動汽車。30~60kWh的大電量，也使得混動電池不再像小電量時那般需要頻繁的充放電頻率和放電倍率。此時的混動電池更加類似能量型電芯，而非功率型電芯。
三元鋰在全場景都會被鐵鋰所取代嗎？不會！
至少從電池上下游企業(yè)的動向來看，鐵鋰勝在成本和安全，但仍在能量密度、單體電壓等方面拼不過三元鋰。
就像極氪007，要跑800km上三元鋰；若要PHEV提供350km長續(xù)航里程，蜂巢能源將推出的是基于三元材料的L300短刀方案。
或許，固態(tài)電池能為三元鋰帶來新的希望，新的市場。
(責任編輯：子蕊)
文章標簽： 磷酸鐵鋰
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