芯耀
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作者：徐姍姍，編輯：李墨天
失意者通常有兩種結(jié)局，要么一蹶不振，要么絕地求生，磷酸鐵鋰電池屬于后者。
過去十年的動(dòng)力電池市場(chǎng)可以清晰的劃分為兩個(gè)階段，也是磷酸鐵鋰電池從波峰到谷底、再卷土重來的過程。
2021年6月，磷酸鐵鋰電池裝機(jī)量反超三元鋰電池，成為動(dòng)力電池市場(chǎng)的主流選擇。此后開啟神擋殺神的開掛人生，份額一路提高到72%，重回十年前的巔峰水平。
今年1-4月，國(guó)內(nèi)磷酸鐵鋰電池裝機(jī)份額超過80%，可謂獨(dú)孤求敗。向來以技術(shù)先進(jìn)性自我標(biāo)榜的海外車企，也罕見地為磷酸鐵鋰搖旗吶喊。
磷酸鐵鋰和三元鋰的技術(shù)討論幾乎與新能源車的歷史一樣長(zhǎng)，這個(gè)問題在當(dāng)下似乎又有了新的解讀。
危險(xiǎn)的地位
磷酸鐵鋰和三元鋰的纏斗，可以一路追溯到2009年的“十城千輛”計(jì)劃。
時(shí)值新能源產(chǎn)業(yè)鏈蹣跚起步，迎來為期三年的培育期，補(bǔ)貼力度可以用送錢形容：10米以上混動(dòng)和純電公交客車每輛享受42-50萬元補(bǔ)貼。個(gè)人購(gòu)買新能源車，也有最高5-6萬元的補(bǔ)貼。
“十城千輛”的背景之一是孱弱的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最頂尖的動(dòng)力電池生產(chǎn)商成品率僅有60%。與之對(duì)應(yīng)，鋰電池價(jià)格大約3元/Wh，40度電池包相當(dāng)于10萬元成本。成本問題無法解決，新能源車普及就無從談起。
另一方面，當(dāng)時(shí)動(dòng)力電池能量密度普遍不到120Wh/kg，對(duì)應(yīng)的車輛續(xù)航大多在200km以下，如果沒有財(cái)政補(bǔ)貼，新能源車幾乎沒有任何市場(chǎng)說服力。
從公交客車入手便是針對(duì)電池續(xù)航水平的務(wù)實(shí)思路：公交車行駛路線相對(duì)固定，對(duì)補(bǔ)能設(shè)施和續(xù)航?jīng)]有太高要求，可以先給電池生產(chǎn)商造血，為后續(xù)技術(shù)研發(fā)提供利潤(rùn)。
對(duì)訂單望眼欲穿的電池公司無疑是補(bǔ)貼中的最大受益者，涉足鋰電池生產(chǎn)的企業(yè)一度超過1000家。
由于磷酸鐵鋰電池成本低、工藝成熟的特點(diǎn)也方便快速上產(chǎn)能，與政策思路完美匹配。這是產(chǎn)業(yè)政策第一次也是最后一次眷顧磷酸鐵鋰電池，2014年之前，中國(guó)新能源車幾乎清一色采用磷酸鐵鋰路線。
到“十城千輛”計(jì)劃結(jié)束，25個(gè)示范城市共售出27432輛新能源車，其中個(gè)人采購(gòu)量只有4400輛[1]。雖說成績(jī)單不算理想，但最大成果是培育了以“鋰電四大天王”比克、比亞迪、力神和ATL（后孵化出寧德時(shí)代）為代表的電池生產(chǎn)商。
2010年，國(guó)際鋰電池PACK均價(jià)高達(dá)1436美元/千瓦時(shí)
然而，伴隨全球范圍內(nèi)電動(dòng)化開始提速，磷酸鐵鋰能量密度不足的弱點(diǎn)迅速暴露。
磷酸鐵鋰和三元鋰（NCx）指電池正極材料，是決定電池能量密度與性能的核心環(huán)節(jié)，也是影響電池成本的最關(guān)鍵指標(biāo)。
相比三元鋰電池，磷酸鐵鋰的優(yōu)勢(shì)在于成本低，安全性更高，循環(huán)壽命也更長(zhǎng)。三元鋰電池雖然成本更高，但能量密度的長(zhǎng)板實(shí)在太長(zhǎng)，在當(dāng)時(shí)幾乎是磷酸鐵鋰電池的兩倍。
特斯拉在首款車型Roadster的研發(fā)環(huán)節(jié)嘗試了300多種電池，最終選定松下18650鈷酸鋰電池。電池業(yè)務(wù)主管Kurt Kelty給出的理由是：電池能量密度高，穩(wěn)定性和一致性更好[3]。
2012年Model S上市時(shí)，特斯拉換裝松下三元鋰電池，續(xù)航直逼500公里。同期海外車企的電動(dòng)車型，幾乎也都選擇了三元鋰電池。
作為對(duì)比，2014年北汽紳寶EV經(jīng)三次改版定型量產(chǎn)。前兩版使用磷酸鐵鋰電池，續(xù)航只有160公里，最終版換成SK的三元鋰電池，續(xù)航增至240[2]——當(dāng)然，續(xù)航只是這輛車最不抽象的地方。
續(xù)航的短板已然成為新能源車向乘用車市場(chǎng)滲透的最大阻力，這也進(jìn)一步影響了補(bǔ)貼政策的方向。
2016年底的新一輪補(bǔ)貼政策，第一次將電池能量密度納入?yún)⒄障?，補(bǔ)貼系數(shù)與能量密度掛鉤，能量密度越高拿的補(bǔ)貼越多，實(shí)際上將天平不加掩飾的傾向了三元鋰一方。
另一方面，彼時(shí)國(guó)內(nèi)電池公司在三元鋰電池的積累遠(yuǎn)不及日韓廠商，時(shí)至今日，LG仍是全球最大的三元正極材料生產(chǎn)商。結(jié)合2018年被廢止的“白名單”，扶持國(guó)內(nèi)三元鋰產(chǎn)能的意味非常明顯。
由于政策風(fēng)向的變化，2016年成為了磷酸鐵鋰與三元鋰的分水嶺，后者的份額開始迅速提升，幾乎成為高端電動(dòng)車的代名詞。
到2019年新能源車市場(chǎng)爆發(fā)前夜，磷酸鐵鋰電池的市場(chǎng)份額只剩下32%，似乎成為了一門過時(shí)的技術(shù)。
反攻二重奏
決定電池能量密度多寡的核心環(huán)節(jié)是正極材料，這也是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池最大的不同。
三元鋰電池中的“三元”指鎳鈷錳或鎳鈷鋁三種金屬元素進(jìn)行混搭。例如NCM811是鎳（Ni）、鈷（Co）、錳（Mn）混合，811代表三個(gè)元素的摩爾配比。NCM523是另一種配比。
磷酸鐵鋰電池顧名思義，就是以磷酸鐵鋰作為正極材料，理化特性導(dǎo)致其雖然便宜大碗，但能量密度天然不如三元鋰，屬于努力無法彌補(bǔ)的天賦差異。
磷酸鐵鋰的咸魚翻身，很大從程度上得益于比亞迪在2020年推出的刀片電池。
刀片電池跳過模組，直接將電芯集成到電池包，體積利用率從模組電池包的40%提高到60%。即同樣大小的電池包，可以放入原來1.5倍數(shù)量的電芯。
傳統(tǒng)的電池集成方式是“電芯-模組-電池包”三級(jí)裝配，刀片電池跳過了“模組”這個(gè)環(huán)節(jié)，即CTP（Cell to Pack）。成本的縮減是其次，核心是騰出更多空間容納電芯。
換句話說，比亞迪的思路并不是提高磷酸鐵鋰的能量密度，而是“空間換續(xù)航”，用電芯的堆砌讓磷酸鐵鋰電池的總續(xù)航追上三元鋰電池。
第一代刀片電池單體能量密度約140-150Wh/kg，遠(yuǎn)不如同期的三元鋰電池。作為對(duì)比，寧德時(shí)代2019年的三元鋰電池，能量密度就能做到200Wh/kg。
但由于內(nèi)部容納的電芯更多，刀片電池體積能量密度達(dá)到230Wh/L，配合天生的成本優(yōu)勢(shì)，讓磷酸鐵鋰瞬間眉清目秀了起來。
2021年7月，磷酸鐵鋰的市場(chǎng)份額重新超越三元電池，此后再未落后。
但正所謂周期性手段解決不了結(jié)構(gòu)性問題，砍掉模組的CTP方案并不僅適用于磷酸鐵鋰電池。2019年，寧德時(shí)代就推出了三元鋰電池的CTP方案（保留了大模組）。考慮到電池包的發(fā)展趨勢(shì)是直接集成進(jìn)底盤——即CTC（Cell to Chassis），磷酸鐵鋰的隱患并沒有解除。
另一種思路是提高正極材料壓實(shí)密度，比亞迪曾在去年表態(tài)，第二代刀片電池能量密度將達(dá)到190Wh/kg，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)超過了磷酸鐵鋰?yán)碚撋系哪芰棵芏壬舷?70Wh/kg，核心就在于高壓密正極材料[5]。
簡(jiǎn)單來說，磷酸鐵鋰顆粒大小不均會(huì)影響壓實(shí)密度，進(jìn)而影響電化學(xué)性能和能量密度。主流的磷酸鐵鋰粉末壓實(shí)密度以2.4-2.5g/cm3為主，“高壓密”指的是單位體積可以塞入2.6g以上的磷酸鐵鋰。
壓實(shí)密度提高，對(duì)應(yīng)的能量密度就會(huì)提升。寧德時(shí)代的神行PLUS電池，即通過精確控制磷酸鐵鋰顆粒的位置，實(shí)現(xiàn)了更高的壓實(shí)密度。
高壓實(shí)密度產(chǎn)品的逐漸應(yīng)用，也讓磷酸鐵鋰電池徹底改頭換面，曾經(jīng)對(duì)之不屑一顧的同行紛紛勒緊韁繩，調(diào)轉(zhuǎn)方向。
去年7月，LG新能源從雷諾電動(dòng)車部門Ampere拿到磷酸鐵鋰電池供應(yīng)合同，韓聯(lián)社用了一個(gè)聳人聽聞的標(biāo)題：“磷酸鐵鋰電池=中國(guó)制造”的時(shí)代終結(jié)了。
但真實(shí)情況是，作為三元鋰電池最忠實(shí)的擁躉，韓國(guó)企業(yè)普遍視磷酸鐵鋰為“上一代技術(shù)”，更愿意投資利潤(rùn)率更高的三元鋰電池。
但2021年下半年開始，LG和SK On相繼開始投入磷酸鐵鋰技術(shù)研究，只剩下三星SDI全力押注高端市場(chǎng)一百年不動(dòng)搖，忙著從NCM轉(zhuǎn)向能量密度更高的NCA電池。
可見市場(chǎng)選擇的往往不是最先進(jìn)的技術(shù)，而是反復(fù)權(quán)衡利弊后的最優(yōu)解。每一個(gè)對(duì)磷酸鐵鋰不屑一顧的車企，都發(fā)射了一只扎向自己腦門的回旋鏢。
暴漲的需求
磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的長(zhǎng)短板互為表里，前者成本低能量密度低，后者成本高能量密度高。但以十年為尺度觀察，消費(fèi)市場(chǎng)對(duì)新能源車的評(píng)判標(biāo)尺，實(shí)際上在從能量密度向成本傾斜。
理論上來說，磷酸鐵鋰的能量密度處于天然劣勢(shì)，但由于雙方的能量密度一直在提高，對(duì)應(yīng)到消費(fèi)者的感知層面，300km和450km的續(xù)航，大部分消費(fèi)者可能會(huì)為后者支付更高成本。但450km和600km的續(xù)航，購(gòu)車成本的權(quán)重就會(huì)提高。
也就是說，伴隨新能源車市場(chǎng)的爆發(fā)，磷酸鐵鋰低成本的優(yōu)勢(shì)被不斷放大，三元鋰能量密度的優(yōu)勢(shì)反而在縮小，在頭破血流的價(jià)格戰(zhàn)中這種趨勢(shì)被進(jìn)一步放大。
另一個(gè)變量是增程車的高速增長(zhǎng)。自2022年以來，插混和增程車型的增速就一直在純電前面。事實(shí)證明，大家可能不一定喜歡燒油的車，但還是喜歡帶油箱的車。
同一時(shí)期，增程車的設(shè)計(jì)思路從“大油箱小電池”變成了“大電池小油箱”，進(jìn)一步推動(dòng)了磷酸鐵鋰電池攻城略地。
由于磷酸鐵鋰的低溫性能差，加之中高電量的電壓曲線相對(duì)平緩，難以準(zhǔn)確估算剩余電量，一旦遇到低溫或大電流放電，容易導(dǎo)致低電量時(shí)電壓跳水，類似iPhone明明有30%的電量但自動(dòng)關(guān)機(jī)。
早年的插混車型大多搭載10度左右的電池，純電續(xù)航通常在50-100公里，人均標(biāo)配只有幾千瓦的慢充。這種情況下，三元鋰電池反而是更經(jīng)濟(jì)的選擇。
對(duì)增程車型來說，問題同樣存在，這也是為什么李想在2020年會(huì)說磷酸鐵鋰對(duì)增程和插混車是“災(zāi)難”。
但隨著電芯材料創(chuàng)新和磷酸鐵鋰成本下滑，增程車的純電續(xù)航迅速向300km看齊，電池容量也集體來到50度的基準(zhǔn)線。磷酸鐵鋰快充電芯成為硬通貨，在充電站血壓升高的混動(dòng)車主應(yīng)該會(huì)越來越少：
去年發(fā)布的理想L6，全系都使用了磷酸鐵鋰電池。寧德時(shí)代去年推出的新產(chǎn)品驍遙電池，也意在用低成本的磷酸鐵鋰電池，奪取高速增長(zhǎng)的增程車市場(chǎng)。
此消彼長(zhǎng)之下，三元鋰電池與高端車型綁定的高端形象，正在出現(xiàn)裂痕。相比幾年前高端車型清一色的三元鋰電池，如今頂配車型采用三元鋰，基礎(chǔ)版搭載磷酸鐵鋰是全行業(yè)心照不宣的配方。
磷酸鐵鋰最后一個(gè)難以拉長(zhǎng)的短板是重量。作為對(duì)比，仰望U7的135.5kWh電池包重量高達(dá)903kg，相當(dāng)于半輛特斯拉Model 3（1760kg）。對(duì)車重極其敏感的性能車，可能是三元鋰電池最堅(jiān)實(shí)的堡壘。
按照SNE Research的數(shù)據(jù)[6]，全球動(dòng)力電池正極材料總需求量中，磷酸鐵鋰份額超過一半。在中國(guó)以外的市場(chǎng)，磷酸鐵鋰材料復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)142%，遠(yuǎn)超高鎳三元材料的54%。
有中國(guó)同行做表率，海外車企自然紛紛浪子回頭，爭(zhēng)先恐后回到磷酸鐵鋰的懷抱：
從因價(jià)低成為主流，到努力突破自身極限，磷酸鐵鋰電池顯然沒有走到終局，技術(shù)路線的摸索也遠(yuǎn)未行進(jìn)尾聲。因?yàn)榧夹g(shù)領(lǐng)域往往沒有注定無法逾越的壁壘，只有暫時(shí)難以攻克的問題。
完美的技術(shù)路線或許并不存在，因?yàn)槔麧?rùn)只會(huì)流向需求的高地，而非參數(shù)和理論的高地。但至少在今天，磷酸鐵鋰電池可以驕傲地說：
一塊電池的命運(yùn)，可以完全依靠自我奮斗，跟歷史的行程一點(diǎn)關(guān)系都沒有。
參考資料
[1]“十城千輛”工程，初探新能源汽車市場(chǎng)化，中國(guó)汽車報(bào)
[2]?換裝SK三元鋰電，北汽新能源發(fā)力核心技術(shù)，第一電動(dòng)網(wǎng)
[3]?特斯拉電池生死劫：馬斯克三改充電時(shí)間表，21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道
[4]?K電池，為何被表現(xiàn)不佳的磷酸鐵鋰電池撼動(dòng)，韓國(guó)電氣新聞網(wǎng)
[5]?磷酸鐵鋰漲價(jià)背后：四代高壓密產(chǎn)品正走向臺(tái)前，界面
[6]?In 2024, Global Electric Vehicle Battery Cathode Material Installment Reached 1,929K Ton, a 31% YoY Growth，SNE Research
編輯：李墨天
責(zé)任編輯：徐珊珊
