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大家好，我是電動(dòng)車公社的社長(zhǎng)。
還記得2019年前后的電動(dòng)車市場(chǎng)，是怎樣一個(gè)場(chǎng)景嗎？
當(dāng)時(shí)大家對(duì)電動(dòng)車還是相對(duì)陌生的階段，再加上充電基礎(chǔ)設(shè)施遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及現(xiàn)在這么完善，使得“里程焦慮”成了電動(dòng)車普及最大的障礙。
因此，幾乎所有做電動(dòng)車的車企，在不約而同地干同一件事，拼續(xù)航。
看著數(shù)字從300、400km……一路卷到了700km，似乎誰(shuí)的數(shù)字越大，誰(shuí)的技術(shù)就更NB。
車企們拼續(xù)航的做法也是簡(jiǎn)單粗暴——玩命堆大電池。
于是，能量密度更高的三元鋰電池，就在那些年成了香餑餑。
根據(jù)中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟公布的數(shù)據(jù)，2019年全年的動(dòng)力電池裝車量中，三元鋰電池占比高達(dá)65%，磷酸鐵鋰電池占比僅為32%。
誰(shuí)承想，短短4年之后就發(fā)生了翻天覆地的變化，三元電池和磷酸鐵鋰兩級(jí)反轉(zhuǎn)！
還是同樣的數(shù)據(jù)來源，2024年三元鋰電池的裝車量占比已經(jīng)下滑至僅25.3%，而磷酸鐵鋰電池則強(qiáng)勢(shì)崛起，占比提升到了74.6%；
到了12月份，磷酸鐵鋰的裝車量占比更是提升到了80.9%，三元鋰電池占比下滑至僅不足20%。
這也是為什么有部分業(yè)內(nèi)人士發(fā)表觀點(diǎn)，照這趨勢(shì)下去，以后三元鋰電池可能存在被市場(chǎng)拋棄的風(fēng)險(xiǎn)。
從產(chǎn)品的角度來說，同樣可以反映出磷酸鐵鋰越來越受大家歡迎了。
盤點(diǎn)一下近幾年新上市的動(dòng)力電池產(chǎn)品，寧德時(shí)代的神行電池、極氪的金磚電池、蜂巢的短刀電池、廣汽的因湃電池，包括即將上市的比亞迪“二代刀片電池”……
都是磷酸鐵鋰。
而且賬面數(shù)據(jù)，看起來都異常強(qiáng)大。續(xù)航突破1000km、支持5C以上超快充，以往經(jīng)常被詬病的低溫性能衰減問題也有所緩解。
似乎，磷酸鐵鋰在性能上已經(jīng)不輸三元鋰電池了。
那么到底是什么原因，導(dǎo)致原本性能強(qiáng)大的三元鋰電池跌落神壇，而性能沒那么出眾的磷酸鐵鋰電池，反倒強(qiáng)勢(shì)崛起的呢？
一切的根源都在于兩個(gè)字，成本。
關(guān)注新能源汽車行業(yè)的朋友應(yīng)該知道，新能源汽車近幾年經(jīng)歷了好幾波降價(jià)，才到了如今“電比油低”的程度。
換句話來說，以前電動(dòng)車沒現(xiàn)在普及度這么高，“罪魁禍?zhǔn)住本褪莿?dòng)力電池，它實(shí)在是太貴了。
作為車上最貴的零部件，價(jià)格高的時(shí)候說“一塊電池半輛車”一點(diǎn)都不為過。
尤其是2022年電池價(jià)格攀升至頂峰，承受著巨大成本壓力的車企，終于到了忍無(wú)可忍的地步。
原廣汽集團(tuán)董事長(zhǎng)曾慶紅直接在公開場(chǎng)合表達(dá)了對(duì)電池廠的不滿：“動(dòng)力電池成本已經(jīng)占到新能源汽車的40~50%，甚至60%，那我現(xiàn)在不是在給寧德時(shí)代打工嗎？”
長(zhǎng)安汽車董事長(zhǎng)朱華榮也“陰陽(yáng)怪氣”道：“我們要‘感謝’電池行業(yè)和上游產(chǎn)業(yè)‘任性’地漲價(jià)，能讓我們不斷去花錢?！?/strong>
三元鋰電池作為當(dāng)時(shí)市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，導(dǎo)致其價(jià)格偏貴的主要原因是原材料問題。
三元鋰電池（Li(NiCoMn)O2）的縮寫為NCM，三個(gè)字母分別代表鎳（Ni）、鈷（Co）、錳（Mn），附在后面的數(shù)字代表每種元素的配比。
比如NCM523，就是鎳鈷錳5/2/3，NCM811就是鎳鈷錳8/1/1，諸如此類。
鎳和錳都是比較常見的元素，不算太貴。即便漲價(jià)，往往背后也有著不為人知的“炒作”。
詳情請(qǐng)戳這篇：《“妖鎳”爆雷，特斯拉漲價(jià)，新能源大跌！國(guó)際資本巨頭圍剿中企，被反殺？》
鈷就比較“金貴”了，在地殼中的含量非常稀有。
目前全球已探明的鈷儲(chǔ)量只有830萬(wàn)噸，平均豐度僅為0.0023%。其中有接近一半都分布在剛果（金），而中國(guó)的鈷儲(chǔ)量只有8萬(wàn)噸左右，只占全球儲(chǔ)量的不到1%。
也就是說，三元鋰電池的生產(chǎn)制造，是高度依賴進(jìn)口鈷的！
據(jù)估算，電解鈷的價(jià)格一度攀升至35萬(wàn)元/噸，是電池級(jí)碳酸鋰價(jià)格的4.5倍左右。
所以，如何降低鈷的含量，就成為了當(dāng)時(shí)動(dòng)力電池行業(yè)降本的熱門話題。
比如，蜂巢能源專門研發(fā)出了“無(wú)鈷電池”，用不含鈷的尖晶石鎳錳酸鋰作為正極材料。
雖然成本降了大約10%，但無(wú)鈷電池卻面臨著能量密度低的問題，只有250Wh/kg，只能達(dá)到早期NCM523電池差不多的水平，而NCM811能量密度能達(dá)到300Wh/kg以上，循環(huán)壽命和高溫性能也不太好，所以無(wú)鈷電池到后來就逐漸銷聲匿跡了。
除此之外，三元鋰電池的安全性在當(dāng)時(shí)也是個(gè)問題。
尤其是能量密度最高的NCM811電池，時(shí)不常地就會(huì)曝出幾起自燃事故。
再加上當(dāng)時(shí)堅(jiān)持走磷酸鐵鋰路線的比亞迪，借機(jī)用針刺試驗(yàn)來證明刀片電池比傳統(tǒng)三元鋰電池更安全，加深了人們對(duì)三元鋰電池“不夠安全”的印象。
成本與安全性等因素的疊加之下，行業(yè)開始將目光移向了磷酸鐵鋰電池。
磷酸鐵鋰（LiFePO?），正極材料除了鋰之外的構(gòu)成元素主要是磷、鐵和氧。嚴(yán)格意義上來說，磷酸鐵鋰電池也算是無(wú)鈷電池。
由于磷和鐵元素在生活中特別常見，使得磷酸鐵鋰電池的生產(chǎn)成本，遠(yuǎn)比三元鋰電池便宜。
根據(jù)2023年年底的報(bào)價(jià)，磷酸鐵鋰正極材料為4.9萬(wàn)元/噸，僅為NCM523的1/3。
磷酸鐵鋰電池雖然便宜，但相比三元鋰電池缺點(diǎn)也十分明顯。
首先就是能量密度低。
比亞迪第一代刀片電芯的能量密度僅為140Wh/kg，而三元鋰電芯能量密度可達(dá)200-300Wh/kg。
這也就造成了，同一輛車上磷酸鐵鋰電池想要達(dá)到和三元鋰電池同樣的續(xù)航里程，需要裝更多的電池。不僅會(huì)讓車身更笨重，增加電耗，還會(huì)擠壓乘員艙空間。
當(dāng)年Model 3標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航版剛切換成磷酸鐵鋰電池時(shí)，這些問題就被不少用戶吐槽過。
工程師們就開始絞盡腦汁，想辦法怎么才能在有限的空間里，塞更多的電池。
于是就先是誕生了省去電池模組的CTP技術(shù)，現(xiàn)在寧德時(shí)代的麒麟電池和神行電池上都在用。
緊接著在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步演化出了用車身下地板充當(dāng)電池包上蓋的電池底盤一體化CTC技術(shù)，以及用電池包上蓋充當(dāng)車身下地板的電池車身一體化CTB技術(shù)，主打一個(gè)見縫插針：
不過，隨著電池空間利用率越來越逼近物理極限，想要讓磷酸鐵鋰從“能用”到“好用”，就不得不從電池材料層面去做優(yōu)化了。
前面提到，最近幾年磷酸鐵鋰電池的性能有了顯著突破，續(xù)航能做到1000公里，支持800V平臺(tái)5C以上倍率高壓快充，這就與磷酸鐵鋰材料本身的提升脫不開干系了。
既然原本磷酸鐵鋰能量密度低，那么為何不能像“壓縮餅干”一樣，把磷酸鐵鋰給壓“緊實(shí)”一些，把能量密度提升上去呢？
雖然聽上去有些簡(jiǎn)單粗暴，但這確實(shí)是最近幾年磷酸鐵鋰材料進(jìn)化的方向。
這就不得不提一下，近期在電池圈子很火的“高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰”技術(shù)了。
目前市面上主流的磷酸鐵鋰壓實(shí)密度，通常在2.4-2.5克/立方厘米。而高壓室密度磷酸鐵鋰，可以做到2.6-2.7克/立方厘米。
通常情況下，磷酸鐵鋰制備過程中，都是只做一次燒結(jié)工藝的，業(yè)內(nèi)人士簡(jiǎn)稱其為“一燒”。
雖然“一燒”相對(duì)省時(shí)省力，但其缺點(diǎn)是磷酸鐵鋰顆粒不均勻，有大有小，這些會(huì)導(dǎo)致磷酸鐵鋰的性能打折。
而“高壓實(shí)密度磷酸鐵鋰”，其核心工藝就是在“一燒”之后，再次進(jìn)行溫度更高的二次燒結(jié)，簡(jiǎn)稱“二燒”。
經(jīng)過二燒之后，原本的大顆粒都被燒成了小顆粒，顆粒分布更加均勻。就好比碼放整齊的柜子一樣，更方便鋰離子對(duì)號(hào)入座，從而提升快充性能。
同時(shí)減少了晶體內(nèi)部的缺陷，可以讓磷酸鐵鋰進(jìn)一步形成更致密的晶體結(jié)構(gòu)。“格子”變多了，能量密度自然也就高了。
同時(shí)，為了進(jìn)一步提升磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性能，現(xiàn)在還會(huì)在磷酸鐵鋰表面做一層碳包覆。類似于海綿吸水一樣，讓鋰離子流動(dòng)交換速度更快，從而提升導(dǎo)電倍率。
最終實(shí)現(xiàn)的效果，就是能讓磷酸鐵鋰，在性能上越來越接近三元鋰電池。
除了能量密度和快充性能以外，磷酸鐵鋰相比三元鋰電池另一大缺點(diǎn)低溫性能差的問題，工程師們也在著手通過材料優(yōu)化的方式解決。
從微觀角度來說，磷酸鐵鋰低溫衰減，是溫度變化引發(fā)的晶體結(jié)構(gòu)相變導(dǎo)致的，如果能找一種元素“支撐”住晶體結(jié)構(gòu)，讓磷酸鐵鋰不容易相變，就可以改善這個(gè)問題。
所以，現(xiàn)在的磷酸鐵鋰通常會(huì)摻雜一些“過渡元素”，比如鎂、鎳等等，起到支撐作用。
除了能量密度、快充性能、低溫性能以外，磷酸鐵鋰電池還有個(gè)“小毛病”，就是不容易檢測(cè)出電池剩余電量。
三元鋰電池通常是電量越少，電壓越低，很容易通過電壓直接判斷電池剩余電量。
但磷酸鐵鋰電池，甭管有電還是沒電，電壓都特別穩(wěn)定，幾乎沒什么變化，很難通過電壓直接判斷電池剩余電量。
這也是為什么，在比亞迪DM-i系列車型的官方用戶手冊(cè)里，通常會(huì)推薦用戶一個(gè)星期充滿一次電，進(jìn)行電量校準(zhǔn)的原因。
而現(xiàn)在，越來越多的車企開始優(yōu)化BMS算法，結(jié)合溫度變化、電流、壓力等信息，對(duì)磷酸鐵鋰電池電量估算的偏差進(jìn)行修正，從而讓磷酸鐵鋰電池電量顯示更精準(zhǔn)。
總之，磷酸鐵鋰電池近幾年經(jīng)歷了相當(dāng)多的技術(shù)革新，早已今非昔比，才因此獲得了市場(chǎng)和用戶的青睞。
?寫在最后????
磷酸鐵鋰電池從邊緣逐漸走向主流的過程，是在成本選擇的大背景下，疊加電池結(jié)構(gòu)與原材料本身的技術(shù)突破形成的結(jié)果。
磷酸鐵鋰電池規(guī)模的進(jìn)一步增長(zhǎng)，又促成了制造成本降低，讓磷酸鐵鋰電池在價(jià)格上相比三元鋰電池更具優(yōu)勢(shì)，從而形成了“滾雪球”式的良性循環(huán)。
換句話來說，如今新能源汽車價(jià)格能持續(xù)下降，從油電同價(jià)再到電比油低，磷酸鐵鋰電池的崛起功不可沒。
而磷酸鐵鋰電池的崛起，實(shí)際上與近幾年增程車的崛起如出一轍。
那些看似低端、落后的技術(shù)，其背后還蘊(yùn)藏著相當(dāng)大的潛力值得挖掘。
還是那句話，技術(shù)沒有優(yōu)劣之分，適應(yīng)時(shí)代方可生存。
