鋰電網訊：2024年4月25日，寧德時代在北京車展上正式發布了神行Plus電池。該電池基于磷酸鐵鋰正極材料，不僅續航里程突破了1000km, 而且還具備4C的快充能力，充電10分鐘續航增加600km。
更加不可思議的是，神行plus電池的系統能量密度達到了205Wh/kg, 比目前主流磷酸鐵鋰電池系統的150~160Wh/kg提高了30%，比以高比能著稱的大部分三元電池系統能量密度(190Wh/kg)還要高。
發布會上，寧德時代首席科學家吳凱提到創新要有前瞻性，要有速度，而且要能落地。那么，這款能量密度205Wh/kg的千里續航磷酸鐵鋰電池是怎么實現的？其中應用了哪些創新的技術？本文帶您一探究竟。
一、磷酸鐵鋰能實現千里續航嗎？
在寧德時代的產品序列中，麒麟電池已經成為三元材料的代表（雖然最早發布時麒麟是兼容鐵鋰的），而神行電池已經演變為磷酸鐵鋰材料的代表，不過神行電池也有好多個版本，比如最早發布的神行超充電池（4C快充）就分為長壽命版和低溫版，其中“長壽命版”可支持8年或80萬公里超長電芯質保，而“低溫版”在-10°C環境下依然能實現30分鐘充至80%。
此外，小米SU7 Pro版本搭載的是神行全能電池，系統能量密度接近160Wh/kg, 總能量也高達94.3kWh（支持純電續航830km）, 但受限于400V的電壓平臺以及超過220Ah的電芯容量，其平均充電倍率僅為1.68C左右(參考刀片與神行到底誰能贏？)。
而本次發布的神行Plus電池，在神行全能電池的基礎上，一口氣將續航提升到1000km, 同時平均充電倍率也維持在神行超充電池的3.6C(參考神行快充一定要麒麟電池嗎)，可謂是超充+超能兼得，是高端磷酸鐵鋰中的性能王者(參考高端磷酸鐵鋰涅槃歸來)
為了實現千里續航，單純增加電池能量是不夠的，因為如果系統能量密度太低的話，所增加電池容量大部分都用來運輸電池本身了！根據知乎博主張抗抗的計算， Tesla Model S 75kWh按照 160Wh/kg的系統能量密度，哪怕是能量翻倍到150kWh續航也就700km，遠不到469km的兩倍，可見電池能量翻倍并不能帶來續航翻倍。
那么系統能量密度至少要達到什么水平才能實現千里續航呢？從此前量產的千里續航車型來看，無論是廣汽AION LX Plus的千里馬版本，還是極氪001的麒麟電池版本，其系統能量密度都接近205Wh/kg(參考既能千里續航又能超級快充的電池終于實現了)，這樣來看205Wh/kg好像是繞不開的數值。
不過在2023年5月，國軒高科發布的啟晨L600磷酸錳鐵鋰電池，單體質量能量密度240Wh/kg，系統能量密度達到了190Wh/kg，官方宣稱可實現續航1000km(參考LMFP即將拳打LFP腳踢NCM).
此外，在2023年財報投資人溝通會上，王傳福提到比亞迪最早將在2024年8月發布第二代刀片電池，能量密度將達到190Wh/kg，純電車型的續航將突破1000km。
綜合這兩條信息，再加上目前的CLTC測試工況有利于長續航的實現，系統能量密度190Wh/kg應該就能實現千里續航。
對于磷酸鐵鋰電池而言，其質量成組效率有望超過85%甚至達到90%的超高水平。根據年初人民日報 “動力電池技術新能量足” 這篇報道，長安汽車采用CTC技術，成組效率可達86%，并將于2024年量產（可能是時代長安供貨）。假如按照最高90%的成組效率，那么磷酸鐵鋰單體能量密度要超過211Wh/kg才能實現系統190Wh/kg。
而這樣的鐵鋰電芯早在2022年國軒高科就實現了，電芯尺寸為354*102*11.8mm（軟包）, 0.33C容量55Ah, 電壓平臺3.2V, 重量830g, 能量密度212Wh/kg.
作為2022年的WNEVC世界新能源汽車大會的創新技術（參考知乎答主Will.Liu），其采用預鋰化技術，正極材料克容量發揮150mAh/g, 通過顆粒摻混提高壓實密度，平衡性能(不過當時的壓實密度也就2.4g/cc)。負極也是采用了摻硅的設計來進一步提升能量密度。由此可見用鐵鋰實現千里續航還是有希望的。
二、205Wh/kg的系統能量密度是如何實現的？
要實現205Wh/kg的系統能量密度，哪怕是90%的質量成組效率，電芯的比能量要接近228Wh/kg, 這比前面國軒的212Wh/kg還要提升7.5%左右，而且是在方型鋁殼電池上。
而且為了提高成組效率，寧德時代很可能采用了CTC的成組方式，并且疊加電芯倒置進一步提高體積利用率，來盡可能多裝電池，因為要至少120kWh才能實現千里續航。
參考小米SU7 Pro 94.3kWh實現830km的續航，百公里電耗11.4kWh. 按照當前160Wh/kg的系統比能量，如果提高到205Wh/kg 并維持系統質量不變的話，那么總能量接近120.8kWh。此前哪吒S的千里續航版本也需要117kWh(可能采用了滑板底盤，參考千里續航需要多少度電)
按照前面針對國軒212Wh/kg的電池分析，正極克容量150mAh/g, 平臺電壓3.2V, 正極材料質量占比44%左右。因為國軒已經采用了補鋰技術，鐵鋰的克容量發揮到150mAh/g也基本是極限了，按照類似的克容量發揮和電壓平臺，正極材料占比要達到48%才能實現230Wh/kg的電芯能量密度。
考慮到磷酸鐵鋰的真密度只有3.65g/cc左右，在正極材料中算是比較低的，遠不如三元的4.8g/cc, 要實現48%的質量占比得通過提高面密度，進一步降低銅鋁箔隔膜以及電解液等的占比來實現。
從官方宣傳來看，這款正極確實采用了顆粒級配技術，這樣能夠將每一顆納米顆粒放在適當位置，實現超高壓密。以目前鐵鋰的水平來看，寧德時代的壓實密度有望超過2.6g/cc, 遠高于國軒的2.4g/cc, 這樣就能在加大面密度的基礎上保持極片厚度穩定，降低內阻。
此外，常規石墨克容量大約是350mAh/g, 按照1.12左右的NP比，負極材料的質量是正極的48%左右，占比還是偏高的。為了進一步降低負極質量占比，這款電池應該是跟國軒類似，采用了摻硅的負極，而且硅的比例可能提高到10%左右，使負極克容量超過450mAh/g, 這樣負極質量占比可以降至正極的32%。
官方宣稱負極是自主研發三維蜂窩狀材料，來提升負極能量密度，控制充放電體積膨脹?？紤]到石墨本身的體積膨脹很小，不必用蜂窩狀來抑制，這款負極大概率是摻硅了的。同時電芯首創的一體式外殼也有利于進一步提高材料的利用率和質量占比。
值得注意的是，摻硅可能會影響快充性能的發揮并降低循環壽命。不過硅的放電平臺電壓比石墨高，當摻硅量較少的時候，只有放電SOC非常低的時候才會利用到硅。新能源汽車一般最低電量很少在10%以下，這樣硅參與充放電的機會很少，對于整體快充和壽命的影響十分有限。
當然了，以上只是按照純LFP體系進行的猜測。寧德時代也可能采用LFP跟三元材料摻混的體系配方（在目前的三元電池中，寧王就廣泛摻雜了鐵鋰來改善安全和低溫）。
因為雖然主流LFP的上限電壓是3.65V, 哪怕是充電到4.2V，LFP材料的循環壽命也不會受到特別大的影響：一方面文獻上已經有類似的研究，比如文章Electrochemical cycling behavior of LiFePO4 cathode charged with different upper voltage limits就發現LFP全電池充電到3.6V或者4.2V其循環容量保持率相近；
另一方面，目前的LMFP材料中Mn/Fe的比例是6：4或者7：3，其上限電壓就是4.2V, 循環壽命也能做到1500~2000次。
小結：按照寧德時代曾毓群給小米雷軍的介紹，神行plus電池今年發布，明年正式裝機。而且后面基于三元的麒麟電池續航可以實現1300km。那么這款千里續航的神行Plus電池會花落誰家呢？首先排除小米，因為雷軍在車展現場并不知情。參考之前麒麟電池首發的車企來看，極氪以及理想這兩家面向高端客戶，都是有可能首發神行Plus的。
不過考慮到這款電池可能是集成CTC技術的，而寧德時代CIIC一體化智能底盤此前在三元電池上已經實現了1000km續航，并且在北京車展上提到第一個基于磷酸鐵鋰電池的滑板底盤產品將于今年下半年量產。說不定這款神行plus電池會率先落地在滑板底盤的車型上，讓我們拭目以待。
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