当4C、800V多重BUFF加身，磷酸铁锂掀了桌子
时间:2024-01-03 09:20
来源:NE时代新能源
作者:丁钰
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自比亚迪刀片电池开始，磷酸铁锂对三元锂的反击战是以高体积利用率为外衣的成本优势，覆盖续航500km以内的新能源汽车。2023年，反击战加剧，磷酸铁锂也能4C快充，做到800V，为PHEV提供大电量，对三元锂围追堵截。
都在做“又快又好又便宜”的电池
如今，续航焦虑不再是问题，700km以上续航的电动汽车层出不穷，让用户放心。问题集中在补能焦虑和成本上。解决方案就是，又快又好又便宜。
如此“不讲道理”的要求，肯定让一众技术人脑壳疼。三元快充潜力更大，但成本高。磷酸铁锂价格亲民，但快充性能不够。
但是，今年，接二连三的公司宣告，他们做出来了。场场发布会全是“科技与狠活”。
8月16日，宁德时代发布“神行”超充电池。这是全球首款采用磷酸铁锂材料、并可以大规模量产的4C超充电池，充电10分钟续航400公里。
这款电池更抗低温，做到了常温超充，低温快充。即使在-10°C，也能实现30分钟充电80%，而且在低温亏电情况下零百加速不衰减。
12月12日，蜂巢能源，成为全球首家短刀电芯快充的电池企业。都是磷酸铁锂快充，蜂巢能源有什么不一样？CEO杨红新解释道，他们是首家在短刀电芯上全面实现快充的电池厂。一张路线图描绘的全是磷酸铁锂短刀电芯的快充路线，将全面普及2.2C，量产3C，同时量产4C，预研5C。
在BEV领域，蜂巢能源推出了L400和L600两种规格的LFP短刀快充电芯，容量分别为105Ah, 130Ah和133Ah,可以实现最高4C的充电倍率。按照规划，基于L600的短刀快充电芯将覆盖3-4C场景，预计2024年Q3量产；基于L400的短刀超快充电芯将覆盖4C及更高倍率场景，满足市场主流800V高压车型，将于2024年Q4量产。
同时，蜂巢能源还进一步推出了面向PHEV市场的三款首发新品，分别为全球首款超300KM续航混动铁锂短刀快充电芯、全球首款超350KM续航混动三元短刀快充电芯和全球首款800V-3C混动快充电芯，更进一步满足45KWh-65KWh配置的B级、C级SUV及MPV混动车型需求。
杨红新表示，蜂巢能源经历了快充的演变，2021年4月上海车展发布蜂速快充技术，次年就完成了一款三元4C快充产品的设计定形，达到了量产状态。今年10月份，蜂巢能源的全国首款磷酸铁锂2.2C的产品正式装车，完成磷酸铁锂4C体系验证，明年将正式实现4C量产。
同日，广汽埃安发布弹匣电池2.0新突破——P58微晶超能电池。该电池具备3C快充能力，可实现充电10分钟，续航250km，进一步解决用户的续航焦虑。更关键的是在使用寿命上得到大幅提升，得益于多阶梯成膜、低耗锂负极等技术的应用，P58微晶超能电芯的常温快充循环寿命达到4000周以上，高温快充循环寿命达到3300周以上，整车理论行驶里程可超150万公里，相较行业主流水平提升超25%。
12月14日，极氪发布金砖电池，同样号称全球首款量产超快充磷酸铁锂电池。官方信息称，得益于浩瀚架构的全域800V平台，金砖电池匹配800V极充V2/V3充电站，最高充电功率可达500kW。最高实现4.5C充电倍率；极充15min实现续航增加超500km+。低温-10℃充电，金砖电池仍然可以实现优异的充电速度，相比同类型产品，提升至少四分之一。
而且，极氪发布会用大幅篇章讲了“成本”，并称金砖电池除了在安全、体验上，还将在成本上引领800V时代。CEO安聪慧说，“别的企业把这个话题可能作为内部的讨论，而在极氪，我认为这没有什么好回避的。优秀的成本控制能力是企业技术水准的体现。金砖电池从电芯到电池包全部自研自造，通过平台化设计、集成化设备和智能环保的运营能力，金砖电池的整体生产效率提升了40%。效率的提升带来更好的成本竞争力。在同等性能情况下，对比三元锂电池，金砖电池的整体成本每度电可以降低14.8%左右。”
从各主机厂和电池厂的侧重点，磷酸铁锂电池全新武装后实力大增，威慑三元锂电池在BEV/PHEV、400V/800V的地位。
BEV：铁锂取代三元的质价比
2020年对电池技术路线而言是一个重要时间节点。比亚迪刀片电池一夜爆火，通过结构创新，提高体积能量密度，使得搭载磷酸铁锂电池的电动车续航可以达到600km以上，而且成本低、安全性能好，对友商来说是一个很大的冲击。
在此之前，磷酸铁锂曾因政策鼓励高能量密度电池，将市场份额拱手让与三元锂。
在此之后，磷酸铁锂凭CTP性价比取胜，在2021下半年夺回“铁王座”。
这时，行业出现一种声音：中低端车型将标配磷酸铁锂电池，而追求续航、快充的高端车将选用三元锂电池。
事实也确实如此，2021年，除比亚迪之外，磷酸铁锂CTP普遍被应用到500km以内续航的BEV中。想要获得500km以上的续航，BEV还是走三元路线。2022年至2023年，仅有比亚迪在升级刀片电池GCTP、量产CTB电池后，将磷酸铁锂电池装配到续航高达700km的BEV车上。而其他主机厂普遍在550km以内的BEV上选用磷酸铁锂CTP。
这是因为磷酸铁锂CTP能量密度稍逊于三元锂CTP，想要做到更高续航，必须堆更多更重的电池。比如，瑞银投资银行研究部对比了几款BEV的电池包占整车重量比，发现海豹（550km续航版本）电池包占整车重量比例在24%-27%之间，对比2022款Model Y及ID.4等车型，重量比相对高一点。
磷酸铁锂想要出现在更高续航的电动汽车上，或通过材料改进提高电芯能量密度，或通过结构压缩提升体积能量密度。主机厂和电池厂仍在就这两种方向探索铁锂的可能性。
蜂巢能源说，在纯电车型高压化趋势下，电芯容量将向100-150Ah演化，支持600km以上续航，短刀快充电池比传统尺寸具备更高的体积利用率，在循环性、安全性能上也表现更好，同时还具备极强的兼容性和适配性，更适合CTC设计。
比如，其短刀比普通电芯要薄25%，膨胀力、界面循环都会更好，温度分布更均匀，因此即使倍率到5C/6C，冷却上只需要上下水冷板，作为对比，传统VDA做4C快充勉强可用单面冷却，5C需要三面冷却，6C需要中间的大面冷却。
而且，短刀电芯可以实现更高的体积利用率，L400体积利用率可以达到58-62%，而L600可以比L400再提升10%到20%。而且还有一点，在CTC结构中，在取消了下地板以后，短刀+水冷板上置就可以作为下地板，同时它底部喷射或两侧喷射，对驾驶室的危害更小，更适合CTC的设计，兼容性更强。
在各家电池新品中，极氪金砖电池的体积利用率更极致，最高达到83.7%。作为对比，极氪列了一串数据：行业著名的4680电池体积利用率为63%；普通的磷酸铁锂电池，体积利用率是66%；三元锂电池的天花板，体积利用率刚突破72%。
惊人的体积利用率，得益于隔热材料的创新和高度集成的设计。极氪解释称，电池底部使用一体化液冷托盘，使体积利用率提升8.5%；采用了电芯、上盖、底板的“紧凑三明治结构”，释放电芯仓纵向空间，使体积利用率提升7.6%；电芯间采用航空级超薄热阻隔材料，使体积利用率提升6%。
高效集成的设计，大幅优化电池内部结构，实现核心零部件数量减少35%，采样线束单线总长减少157m，电芯以外部件总成本降低23%，结构件的大幅减少，使电池质量能量密度提升10%+（与传统三元锂电池包相比）。
广汽埃安的P58微晶超能电芯，质量能量密度195Wh/Kg，体积能量密度450Wh/L，支持整车续航里程>700km。三大关键设计帮助P58高能量密度的实现：一是高体积利用率设计，通过方型叠片、顶盖/极耳直连焊接等优化设计，实现内部体积利用率>90%；二是高面密度高压实极片设计，正极面密度达到 480g/m2，较行业水平提升20%，正极压实密度达到 2.65g/cm3，较行业水平提升6%；三是轻量化设计，如采用12um铝箔，4.5um铜箔和0.3mm超薄壳体。另外，根据发布会前广汽埃安发布的一张图表，整包能量密度（LFP）为146.5Wh/kg，高于行业TOP电池的140Wh/kg。
快充：4C铁锂一日千里
到目前为止，量产的快充电动汽车售价多在30-40万元，充电倍率普遍在4C以内，电芯6系、8系三元居多。
直到小鹏G6的上市，快充车型售价下探到20万元左右，磷酸铁锂3C电池方得以规模应用。
宁德时代表示，“神行超充电池”相较于传统磷酸铁锂电池成本几乎没有增加，价格也不会有大的变化，基本加量不加价。
神行电池发布后短短三个月，阿维塔、哪吒汽车、奇瑞、北汽新能源、广汽都宣布将与宁德时代签订合作协议，实现平价4C快充电池的装车或联合开发。
据行业预测，奇瑞星途星纪元的售价区间将在26万~36万元之间；阿维塔明年的新车E15和E16将进入20万元价格区间；哪吒汽车到2025年将发布3款新车，将覆盖A00~B+级主流市场，聚焦30万元以下大众消费市场。
极氪也表示，对比同等性能的三元锂电池，单kWh综合成本降低14.8%。极氪在为用户带来极致体验的同时，还成为纯电市场的卷王。
蜂巢能源L600的快充电芯分133Ah和130Ah两款。其中133Ah是在已经量产的2C电池的基础之上升级而成的，基本上是加速不加价，没有增加成本，可以做到15分钟快充和600km的续航。同一个尺寸下，蜂巢能做到130Ah 4C，支持600km续航，全部都用磷酸铁锂和短刀来实现。两款电芯的容量为什么选择130Ah左右？是为400V打造的。也就是400V的快充，不管是3C还是4C，用这两款产品，都可以低成本的实现快充。
从上述企业的电池新品动向来看，大家都在朝着一个目标前进：如何低成本地做到长续航、快充。在此过程中，磷酸铁锂的潜力被不断挖掘而出，从过去的性价比转变为现在的质价比。
800V：磷酸铁锂也要发言权
800V的出现，初衷就是为了更快的充电速度，更佳的补能体验，是缓解补能焦虑的利器。
电芯类型上，目前PACK电压在600V~800V已量产的泛800V整车，比亚迪和腾势采用磷酸铁锂电池，智己、阿维塔、小鹏、极氪、昊铂、路特斯全部采用的是5系或6系、8系三元锂电池。
PACK构成上，目前行业有两种方案实现动力电池的800V：一是动力电池设计为800V；二是两个400V电池通过新增的切换继电器，在400V和800V间灵活输出。比亚迪、智己、小鹏、极氪、路特斯等全部采用的是第一种方案。第二种方案目前应用较少，巨湾技研的凤凰电池、特斯拉Cybertruck、通用悍马EV设计或量产了该方案。
智己LS6是如今已量产的PACK电压最高的BEV，高达751V，配套的电芯是宁德时代NCM622。根据此前公开过的LS6电池包示意图，共有204颗电芯，电压在3.7V左右。与其他泛800V整车对比，电芯单体电压相似，电芯串联数量更多。
比亚迪的刀片电池使用的是磷酸铁锂材料，单体电压相对三元锂电池较低，要实现相同的PACK电压，刀片电池需要更多的串数。目前，比亚迪和腾势的整车为了达到640V电压，需要串200颗电芯，与智己LS6的电芯数量相差无几。
极氪发布的金砖电池，将在800V整车极氪007上应用。从电池包实体来看，金砖电池分左右两大模组，每个模组由98块电芯进行串联。若按800V该整数电压计算，单体电压要达到4.1V，对于磷酸铁锂是不可能的事情。由此推测，极氪007也属于泛800V。而从网上的一张截图来看，整车项目CS1E（极氪007的代号），电池额定电压为610V，连接形式为1P196S，也就是说单体电压约为3.1V，与刀片电池相近。
综上，磷酸铁锂电池在被应用到泛800V整车时，往往会以接近200个单体的数量串联而成，整体电压在600~650V。
PHEV：铁锂、短刀、快充，做长续航
做爆短刀大单品在PHEV市场，是蜂巢能源的一项重要的战略决策。
在12月的电池日上，蜂巢能源称，根据PHEV市场呈现的大电量长续航、纯电使用率上升、充电便捷性需求加大等趋势，公司此次又重磅发布了“第二代混动电芯”，将旗下PHEV市场的热销大单品62Ah、90Ah、117Ah全系升级成2.2C快充，并在实现快充升级的同时“加速不加价”。
蜂巢能源还进一步推出了面向PHEV市场的三款首发新品，分别为全球首款超300KM续航混动铁锂短刀快充电芯、全球首款超350KM续航混动三元短刀快充电芯和全球首款800V-3C混动快充电芯，更进一步满足45KWh-65KWh配置的B级、C级SUV及MPV混动车型需求。
这里有三个问题，其答案可以帮助我们理解蜂巢的想法。
蜂巢能源认为，可以确定的是，未来两年，PHEV的快速增长将成为新能源汽车渗透率提升的核心驱动力。在此背景下，PHEV的市场爆发也将带动新一轮电池装机增量，也将带来动力电池市场格局的变化。
从技术路径上看，无论是插电式混动，还是增程式混动，在性能、成本、续航等方面具备综合优势，也更加契合“油电同价”的发展趋势。
从需求量上看，PHEV正在朝大里程、长续航方向发展。PHEV纯电续航里程从50km朝100km、200km行进。在此背景下，PHEV车型的单车带电量有望进一步提升。
面对PHEV市场对更长续航、更大带电量、更高功率以及多样化出行的需求，对致力于打造PHEV电池大单品爆款的蜂巢能源而言，如何进一步提升PHEV产品竞争力，满足市场多样化需求成为明年争夺该市场的重中之重。
考虑到“油电同价”成为用户考虑的核心因素，蜂巢能源认为，从降本角度考虑，铁锂更加契合“油电同价”的趋势。
NE时代统计的数据显示，2022年~2023年，PHEV用铁锂带电量确实存在上升的趋势，占比从53.1%提升到54.1%。比亚迪自然是铁锂的坚定拥护者，另外吉利、长城、长安、零跑、东风启辰、合众在2023年都将铁锂大量应用于PHEV/增程。
当然，理想、问界、南北大众、广汽、奇瑞、两本两丰等OEM都选择站在三元锂的队列中。这也使得三元锂在失去比亚迪这一巨头后仍然占有45.8%的市场。
从续航里程上看，100~150km、0-100纯电续航的PHEV/增程偏向磷酸铁锂，150~200km和200km以上的PHEV/增程更倾向三元锂。
也就是说，如何在有限的空间里装入更多电量，决定着多少车企会弃三元选铁锂。
在蜂巢能源看来， L400短刀+CTP非常适合做PHEV电池。一是宽度适合车型布置；二是结合CTP技术可以把成组效率做上去，提高续航。
PHEV车型由于搭载两套动力系统，保留了发动机及排气管，留给电池包的空间变小，对电芯和电池包结构都提出了高要求。
蜂巢能源的L400短刀电芯，长度正好能避开排气管，同时与CTP电池包结构配合又能实现高体积能量密度、高结构空间利用率，并且有较高的系统成组率，可满足PHEV对电池空间更高效的利用。
杨红新介绍，L400 “飞叠+短刀“混动平台专属设计更经济，相比三元小电芯的PACK方案，体积利用率提升20%，能量密度提升5%，功率升高10%，而成本降低5%。
目前，蜂巢能源的铁锂短刀已经应用到纯电续航在50~150km范围内的PHEV/增程，未来的混动铁锂专用电芯将支持300km的纯电续航，能够做到插混从湖州往返上海不用油。
原因在于，一是PHEV/增程充电慢，备受歧视；二是大电量、长续航增加纯电体验，是整个行业的需求。
基于此，蜂巢能源的“第二代混动电芯”，将旗下PHEV/增程市场的热销大单品全系升级成2.2C快充，同时“加速不加价”。
其中超300KM续航混动铁锂短刀快充电芯，基于其短刀L400 PHEV尺寸，容量达到133Ah，带电量覆盖45kWh~55kWh，具备2.2C快充性能，可以实现20分钟充满电。据杨红新透露，该款产品将用于B级以上SUV或MPV车型。
200~300km的长续航、2.2C快充……PHEV/增程的用电体验越来越接近纯电动汽车。30~60kWh的大电量，也使得混动电池不再像小电量时那般需要频繁的充放电频率和放电倍率。此时的混动电池更加类似能量型电芯，而非功率型电芯。
至少从电池上下游企业的动向来看，铁锂胜在成本和安全，但仍在能量密度、单体电压等方面拼不过三元锂。
就像极氪007，要跑800km上三元锂；若要PHEV提供350km长续航里程，蜂巢能源将推出的是基于三元材料的L300短刀方案。
(责任编辑：子蕊)
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