磷酸铁锂的反攻

　　失意者通常有两种结局，要么一蹶不振，要么绝地求生，磷酸铁锂电池属于后者。

　　过去十年的动力电池市场可以清晰的划分为两个阶段，也是磷酸铁锂电池从波峰到谷底、再卷土重来的过程。

　　2021年6月，磷酸铁锂电池装机量反超三元锂电池，成为动力电池市场的主流选择。此后开启神挡杀神的开挂人生，份额一路提高到72%，重回十年前的巅峰水平。

　　今年1-4月，国内磷酸铁锂电池装机份额超过80%，可谓独孤求败。向来以技术先进性自我标榜的海外车企，也罕见地为磷酸铁锂摇旗呐喊。

　　磷酸铁锂和三元锂的技术讨论几乎与新能源车的历史一样长，这个问题在当下似乎又有了新的解读。

　　危险的地位

　　磷酸铁锂和三元锂的缠斗，可以一路追溯到2009年的“十城千辆”计划。

　　时值新能源产业链蹒跚起步，迎来为期三年的培育期，补贴力度可以用送钱形容：10米以上混动和纯电公交客车每辆享受42-50万元补贴。个人购买新能源车，也有最高5-6万元的补贴。

　　“十城千辆”的背景之一是孱弱的动力电池产业，当时国内最顶尖的动力电池生产商成品率仅有60%。与之对应，锂电池价格大约3元/Wh，40度电池包相当于10万元成本。成本问题无法解决，新能源车普及就无从谈起。

　　另一方面，当时动力电池能量密度普遍不到120Wh/kg，对应的车辆续航大多在200km以下，如果没有财政补贴，新能源车几乎没有任何市场说服力。

　　从公交客车入手便是针对电池续航水平的务实思路：公交车行驶路线相对固定，对补能设施和续航没有太高要求，可以先给电池生产商造血，为后续技术研发提供利润。

　　对订单望眼欲穿的电池公司无疑是补贴中的最大受益者，涉足锂电池生产的企业一度超过1000家。

　　由于磷酸铁锂电池成本低、工艺成熟的特点也方便快速上产能，与政策思路完美匹配。这是产业政策第一次也是最后一次眷顾磷酸铁锂电池，2014年之前，中国新能源车几乎清一色采用磷酸铁锂路线。

　　到“十城千辆”计划结束，25个示范城市共售出27432辆新能源车，其中个人采购量只有4400辆[1]。虽说成绩单不算理想，但最大成果是培育了以“锂电四大天王”比克、比亚迪、力神和ATL（后孵化出宁德时代）为代表的电池生产商。

　　2010年，国际锂电池PACK均价高达1436美元/千瓦时

　　然而，伴随全球范围内电动化开始提速，磷酸铁锂能量密度不足的弱点迅速暴露。

　　磷酸铁锂和三元锂（NCx）指电池正极材料，是决定电池能量密度与性能的核心环节，也是影响电池成本的最关键指标。

　　相比三元锂电池，磷酸铁锂的优势在于成本低，安全性更高，循环寿命也更长。三元锂电池虽然成本更高，但能量密度的长板实在太长，在当时几乎是磷酸铁锂电池的两倍。

　　特斯拉在首款车型Roadster的研发环节尝试了300多种电池，最终选定松下18650钴酸锂电池。电池业务主管Kurt Kelty给出的理由是：电池能量密度高，稳定性和一致性更好[3]。

　　三元电池与磷酸铁锂电池对比

　　2012年Model S上市时，特斯拉换装松下三元锂电池，续航直逼500公里。同期海外车企的电动车型，几乎也都选择了三元锂电池。

　　作为对比，2014年北汽绅宝EV经三次改版定型量产。前两版使用磷酸铁锂电池，续航只有160公里，最终版换成SK的三元锂电池，续航增至240[2]——当然，续航只是这辆车最不抽象的地方。

　　续航的短板已然成为新能源车向乘用车市场渗透的最大阻力，这也进一步影响了补贴政策的方向。

　　2016年底的新一轮补贴政策，第一次将电池能量密度纳入参照系，补贴系数与能量密度挂钩，能量密度越高拿的补贴越多，实际上将天平不加掩饰的倾向了三元锂一方。

　　另一方面，彼时国内电池公司在三元锂电池的积累远不及日韩厂商，时至今日，LG仍是全球最大的三元正极材料生产商。结合2018年被废止的“白名单”，扶持国内三元锂产能的意味非常明显。

　　由于政策风向的变化，2016年成为了磷酸铁锂与三元锂的分水岭，后者的份额开始迅速提升，几乎成为高端电动车的代名词。

　　到2019年新能源车市场爆发前夜，磷酸铁锂电池的市场份额只剩下32%，似乎成为了一门过时的技术。

　　反攻二重奏

　　决定电池能量密度多寡的核心环节是正极材料，这也是三元锂电池和磷酸铁锂电池最大的不同。

　　三元锂电池中的“三元”指镍钴锰或镍钴铝三种金属元素进行混搭。例如NCM811是镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）混合，811代表三个元素的摩尔配比。NCM523是另一种配比。

　　磷酸铁锂电池顾名思义，就是以磷酸铁锂作为正极材料，理化特性导致其虽然便宜大碗，但能量密度天然不如三元锂，属于努力无法弥补的天赋差异。

　　磷酸铁锂的咸鱼翻身，很大从程度上得益于比亚迪在2020年推出的刀片电池。

　　刀片电池跳过模组，直接将电芯集成到电池包，体积利用率从模组电池包的40%提高到60%。即同样大小的电池包，可以放入原来1.5倍数量的电芯。

　　传统的电池集成方式是“电芯-模组-电池包”三级装配，刀片电池跳过了“模组”这个环节，即CTP（Cell to Pack）。成本的缩减是其次，核心是腾出更多空间容纳电芯。

　　换句话说，比亚迪的思路并不是提高磷酸铁锂的能量密度，而是“空间换续航”，用电芯的堆砌让磷酸铁锂电池的总续航追上三元锂电池。

　　第一代刀片电池单体能量密度约140-150Wh/kg，远不如同期的三元锂电池。作为对比，宁德时代2019年的三元锂电池，能量密度就能做到200Wh/kg。

　　但由于内部容纳的电芯更多，刀片电池体积能量密度达到230Wh/L，配合天生的成本优势，让磷酸铁锂瞬间眉清目秀了起来。

　　2021年7月，磷酸铁锂的市场份额重新超越三元电池，此后再未落后。

　　传统的CTM集成方式到CTP，CTC

　　但正所谓周期性手段解决不了结构性问题，砍掉模组的CTP方案并不仅适用于磷酸铁锂电池。2019年，宁德时代就推出了三元锂电池的CTP方案（保留了大模组）。考虑到电池包的发展趋势是直接集成进底盘——即CTC（Cell to Chassis），磷酸铁锂的隐患并没有解除。

　　另一种思路是提高正极材料压实密度，比亚迪曾在去年表态，第二代刀片电池能量密度将达到190Wh/kg，这个数字已经超过了磷酸铁锂理论上的能量密度上限170Wh/kg，核心就在于高压密正极材料[5]。

　　简单来说，磷酸铁锂颗粒大小不均会影响压实密度，进而影响电化学性能和能量密度。主流的磷酸铁锂粉末压实密度以2.4-2.5g/cm³为主，“高压密”指的是单位体积可以塞入2.6g以上的磷酸铁锂。

　　压实密度提高，对应的能量密度就会提升。宁德时代的神行PLUS电池，即通过精确控制磷酸铁锂颗粒的位置，实现了更高的压实密度。

　　充放电过程中锂离子的移动方向

　　高压实密度产品的逐渐应用，也让磷酸铁锂电池彻底改头换面，曾经对之不屑一顾的同行纷纷勒紧缰绳，调转方向。

　　去年7月，LG新能源从雷诺电动车部门Ampere拿到磷酸铁锂电池供应合同，韩联社用了一个耸人听闻的标题：“磷酸铁锂电池=中国制造”的时代终结了。

　　但真实情况是，作为三元锂电池最忠实的拥趸，韩国企业普遍视磷酸铁锂为“上一代技术”，更愿意投资利润率更高的三元锂电池。

　　但2021年下半年开始，LG和SK On相继开始投入磷酸铁锂技术研究，只剩下三星SDI全力押注高端市场一百年不动摇，忙着从NCM转向能量密度更高的NCA电池。

　　可见市场选择的往往不是最先进的技术，而是反复权衡利弊后的最优解。每一个对磷酸铁锂不屑一顾的车企，都发射了一只扎向自己脑门的回旋镖。

　　暴涨的需求

　　磷酸铁锂电池和三元锂电池的长短板互为表里，前者成本低能量密度低，后者成本高能量密度高。但以十年为尺度观察，消费市场对新能源车的评判标尺，实际上在从能量密度向成本倾斜。

　　理论上来说，磷酸铁锂的能量密度处于天然劣势，但由于双方的能量密度一直在提高，对应到消费者的感知层面，300km和450km的续航，大部分消费者可能会为后者支付更高成本。但450km和600km的续航，购车成本的权重就会提高。

　　也就是说，伴随新能源车市场的爆发，磷酸铁锂低成本的优势被不断放大，三元锂能量密度的优势反而在缩小，在头破血流的价格战中这种趋势被进一步放大。

　　另一个变量是增程车的高速增长。自2022年以来，插混和增程车型的增速就一直在纯电前面。事实证明，大家可能不一定喜欢烧油的车，但还是喜欢带油箱的车。

　　同一时期，增程车的设计思路从“大油箱小电池”变成了“大电池小油箱”，进一步推动了磷酸铁锂电池攻城略地。

　　由于磷酸铁锂的低温性能差，加之中高电量的电压曲线相对平缓，难以准确估算剩余电量，一旦遇到低温或大电流放电，容易导致低电量时电压跳水，类似iPhone明明有30%的电量但自动关机。

　　早年的插混车型大多搭载10度左右的电池，纯电续航通常在50-100公里，人均标配只有几千瓦的慢充。这种情况下，三元锂电池反而是更经济的选择。

　　对增程车型来说，问题同样存在，这也是为什么李想在2020年会说磷酸铁锂对增程和插混车是“灾难”。

　　但随着电芯材料创新和磷酸铁锂成本下滑，增程车的纯电续航迅速向300km看齐，电池容量也集体来到50度的基准线。磷酸铁锂快充电芯成为硬通货，在充电站血压升高的混动车主应该会越来越少：

　　去年发布的理想L6，全系都使用了磷酸铁锂电池。宁德时代去年推出的新产品骁遥电池，也意在用低成本的磷酸铁锂电池，夺取高速增长的增程车市场。

　　此消彼长之下，三元锂电池与高端车型绑定的高端形象，正在出现裂痕。相比几年前高端车型清一色的三元锂电池，如今顶配车型采用三元锂，基础版搭载磷酸铁锂是全行业心照不宣的配方。

　　磷酸铁锂最后一个难以拉长的短板是重量。作为对比，仰望U7的135.5kWh电池包重量高达903kg，相当于半辆特斯拉Model 3（1760kg）。对车重极其敏感的性能车，可能是三元锂电池最坚实的堡垒。

　　按照SNE Research的数据[6]，全球动力电池正极材料总需求量中，磷酸铁锂份额超过一半。在中国以外的市场，磷酸铁锂材料复合年增长率高达142%，远超高镍三元材料的54%。

　　有中国同行做表率，海外车企自然纷纷浪子回头，争先恐后回到磷酸铁锂的怀抱：

　　从因价低成为主流，到努力突破自身极限，磷酸铁锂电池显然没有走到终局，技术路线的摸索也远未行进尾声。因为技术领域往往没有注定无法逾越的壁垒，只有暂时难以攻克的问题。

　　完美的技术路线或许并不存在，因为利润只会流向需求的高地，而非参数和理论的高地。但至少在今天，磷酸铁锂电池可以骄傲地说：

　　一块电池的命运，可以完全依靠自我奋斗，跟历史的行程一点关系都没有。

　　参考资料

　　[1]“十城千辆”工程，初探新能源汽车市场化，中国汽车报

　　[2]换装SK三元锂电，北汽新能源发力核心技术，第一电动网

　　[3]特斯拉电池生死劫：马斯克三改充电时间表，21世纪经济报道

　　[4]K电池，为何被表现不佳的磷酸铁锂电池撼动，韩国电气新闻网

　　[5]磷酸铁锂涨价背后：四代高压密产品正走向台前，界面

　　[6]In 2024, Global Electric Vehicle Battery Cathode Material Installment Reached 1,929K Ton, a 31% YoY Growth，SNE Research

　　编辑：李墨天

　　责任编辑：徐珊珊

　　封面图片来自Shotdeck