磷酸铁锂对增程车是灾难？在理想L6上我们是如何解决的？

动力电池，无疑是新能源汽车的灵魂，如同一颗跳动的心脏，为车辆的行驶注入源源不绝的动力。而磷酸铁锂电池和三元锂电池作为电动车行业的两大主流电池技术路线，也成为了众多主机厂的首选。

但在增程车型上，各大品牌都很有“默契”地选择了三元锂电池。

究其根源，主要是由于磷酸铁锂受制于自身材料特性，电池在低温环境下，其充放电功率下降明显，导致增程器需要更频繁的启动，车辆静谧性及能耗无法合理控制，并且由于电池电量估算不准确，极易扰乱控制策略，叠加上电池包较低的能量密度与过大的体积和重量等因素，磷酸铁锂电池在增程车型上很难获得极佳的表现。

可就在不久前刚刚发布的理想L6上，我们却依旧搭载了全新一代的磷酸铁锂电池。

“不是都说三元锂比磷酸铁锂好么？你们怎么还用磷酸铁锂？”、“磷酸铁锂电量小，你们怎么续航跟三元锂差不多？”许多关注理想L6的用户满头雾水。

为此，我们采访了理想L系列动力电池开发项目组的伙伴，带你一同了解。

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动力性能大幅提升，-10℃也能有超8C的峰值放电能力

磷酸铁锂电池凭借极佳的安全性、更长的循环寿命、更低的成本，被各大主机厂广泛使用，特斯拉、比亚迪、小米等品牌的车型上都能见到磷酸铁锂电池的身影。

可时至今日，一提起磷酸铁锂，许多人脑海中浮现的除了这些优点，仍然是其存在剩余电量预估不准、纯电续航不足、冬季动力性能衰减和续航里程衰减四大行业难题。

因此，四年前，李想曾公开回复网友，“磷酸铁锂电池对增程车就是灾难”。

过去三年，我们与中国顶级电池供应商携手，针对增程式电动车的特性进行改良，逐个解决了这些难题，打造出新一代磷酸铁锂电池，让用户体验媲美三元锂，增程车也能放心用。

“电池充放电的过程，就是锂离子在正负极之间的移动过程。随着温度降低，锂离子反应活性及电解液电导率下降，使得锂离子在电芯内的穿行速度变慢，磷酸铁锂体系的内阻进一步增大，进而导致充放电功率变小。用户最直观的感受，就是深踩油门，车的提速却变得很缓慢。

电池的高能量性能和高功率性能，在传统设计思路上，是难以兼顾的。如果想追求较高的充放电功率，实现更好的电池动力性，最直接的方法就是减少正负极活性材料的厚度，缩短锂离子在正负电极间的运动距离。可活性物质的减少，势必会降低电池能量密度，导致电池的电量变小。相反，如果增多活性材料的涂覆厚度，把能量密度做高，电池的内阻又会变大，使得锂离子的穿行速度变慢，电池的充放电功率变小。

通常情况下，我们必须做出取舍，到底是保动力性还是保续航里程？但对用户而言，二者同样重要。因此，出于对用户价值的坚守，我们选择了最难的一条路：努力打造出一款‘既要，还要’的磷酸铁锂电池，在不降低能量密度的前提下，通过技术的创新，优化离子在正负极与电解液中的移动速度，把电池的功率性能做上去。

于是，我们针对锂离子的整个运动轨迹都进行了拆解，从正极、负极、电解液三个维度进行全方位的技术升级。”电池研发工程师Mao说。

传统磷酸铁锂电池的正极材料，导电性相对较低，锂离子脱嵌困难。我们在新一代的电芯方案中，为正极掺入了约20%的纳米级磷酸铁锂晶体颗粒。相对于正常3-5微米级颗粒，锂离子在正极材料中的出入路径长度大幅缩短至10%。同时，通过微量稀有金属元素的表面掺杂，在正极颗粒表面增加了大于30%的反应活性点位，为锂离子提供了更多的高效脱嵌通路。

以上技术的使用，使锂离子在正极材料中的脱嵌畅通无阻，并降低了电池极化，进而使低温环境下的功率性能表现提升超过30%。

而磷酸铁锂电池负极的石墨材料，在低温环境下导电性能同样会下降，导致脱嵌的速率变慢，降低电池的充放电效率。我们一方面通过固液界面的优化，提升负极与电解液交界面的电导率，使锂离子在界面穿行的阻力下降约10%；一方面，我们采用超离子环和体相优化技术，对石墨表面进行改性，增加了锂离子嵌入通道并缩短了嵌入距离，为离子传导搭建起了“高速公路”，使锂离子在石墨表面移动速度增加40%的同时，增加了超过15%的活性点位。

最终，我们使得负极材料低温功率性能表现也提升了超过20%。

作为电荷载体的电解液，同样会随着温度的降低而黏度变大，进而导致电阻变大，电池放电压降增大，放电时更容易触及电池保护电压，影响电池的续航里程。为此，我们专门打造了高电导率的新型溶剂，有效降低电解液黏度，使电解液在全温度范围的离子电导率提升了20%以上。

就这样，通过正极、负极、电解液的三重优化，我们最大程度提升了电池的动力性能表现。我们全新打造的电芯能够在-10℃低温下，维持与常温相同的超过8C的峰值电流能力，功率输出能力提升了超过50%。

同时，为了充分匹配磷酸铁锂的功率特性，我们打造了功率自适应控制算法，以保持功率输出稳定、平顺的同时最大程度发挥电芯功率潜力。与过往仅通过固定标准调节功率的方式相比，我们的自研算法可以适配电芯差异性压降表现，自动进行差异化调节，降低对电量估算的依赖，增强抗干扰能力。在同样的硬件能力下，功率自适应控制算法可以将电池的系统功率输出进一步提升30%以上。

凭借对电池功率性能的大幅优化，特别是负极动力学特征的提升，理想L6所搭载的新一代磷酸铁锂电池也实现了更为优秀的快充体验。在常温下，20-80%的充电仅需20分钟，甚至超越了许多三元锂电池的充电速度。

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电池包能量密度在磷酸铁锂增程车型中处于领先水平，稳居行业第一梯队

当磷酸铁锂的电芯动力性能被攻克，能量密度成为了第二个亟待解决的难点。传统的磷酸铁锂电池由于自身的能量密度低于三元锂电池，想要达成相近的续航里程，势必把电池包做得极为厚重，不但影响车辆的整体空间布置，也会直接降低能耗表现。

电池包体积、重量、电量的确定，其实是我们与车辆总布置、能耗等伙伴不断打合的过程。我们一开始设定的目标，就是在与理想L7相同的布置空间范围内，让理想L6搭载磷酸铁锂电池也能实现CLTC工况下200公里以上的纯电续航表现。在当时，这几乎是一个不可能实现的目标。团队用了三年的时间，通过对每一个设计参数的精雕细琢，对工艺技术深入挖掘，论证了上百版方案，最终才得到了符合性能要求的最优解。

“首先要突破的，是单体电芯的能量密度。单体电芯的能量密度越高，可以使相同大小的电池包，达成更轻的重量和更高的电量。为此，我们在新一代的磷酸铁锂电池正极上，采用了不同材料颗粒尺寸的分级匹配技术，实现了对极片结构的微米级精细化设计，在保持极片性能表现的同时，使单位面积的活性物质涂覆量提升了15%。

而在负极优化提升上，我们则采用了高功率性能和高能量性能材料的分层结构设计，形成了兼具功率和能量密度的多级孔道结构，在保证高功率性能表现的同时，单位面积的活性物质涂覆量同步提升了15%。

正负极单位涂覆量的增大，使得铜铝箔等辅材综合用量降低了14%，电芯重量进一步下降。

最终，我们在保持8C大倍率放电能力的同时，将电芯能量密度提升到了184Wh/kg。”电芯研发工程师Brayson介绍。

另一方面，我们通过提升系统层级集成效率和应用新型轻量化材料，进一步提升了整个电池包的轻量化表现。

“在新一代磷酸铁锂电池上，我们采用了最新的超级集成CTP技术，高效集成新一代磷酸铁锂电芯及相关结构件，相比传统设计方案减少38%零部件种类，同时搭配复合材质上壳体以及航空级铝合金下壳体，实现了整体的轻量化，相较传统设计方案减重24%。最终，整包能量密度达到138Wh/kg，在磷酸铁锂增程车型中处于领先水平，稳居行业第一梯队。

此外，我们也打造了效果更佳的保温设计，结合我们自研的动力电池温控系统，进一步确保冬季寒冷气温下，电池仓的温度仍可处于理想条件，最大程度减少低温对电池性能、电量的影响。”Pack研发工程师Penn说。

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剩余电量估算更准、能耗更低，彻底打消冬季纯电续航焦虑

许多开过磷酸铁锂电池车型的用户，都一定遇到过这样的情况：明明电量看着还很多，可开着开着突然电量极速下滑，甚至直接断电趴窝。究其根源，其实是磷酸铁锂电池的电压特性所决定：由于在中高电量区间，电池的电压变化很小，难以像三元锂电池那样，通过电压准确地判断当前的剩余电量。可以说，磷酸铁锂电池的电量标定一直以来都是业界的难题。

正因如此，李想才会在多年前提及，磷酸铁锂电池因为电量标定不准确，会扰乱控制策略，对增程式电动车和插电式混动车是个“灾难”。增程器的启动需要有最低功率保证，一旦电量已经低于最低功率，增程器就可能来不及及时启动，导致车辆断电。

“针对这个行业固有难题，我们自主研发、行业首创了自适应轨迹重构算法，不再简单地基于安时积分及电压变化来预估剩余电量，而是通过对每个电压-电量采样点来确定电量区间，通过大量的历史行为数据的采样点信息，用多个电量区间进行概率匹配，将计算误差缩小，从而获取到剩余电量的准确值，让磷酸铁锂电池的剩余电量也能被精准估算。

为了验证我们算法的有效性，理想L6上搭载的新一代磷酸铁锂电池足足经过了上百亿公里的增程工况仿真验证与百万公里实车验证，均未发生行驶断崖掉电、性能跳水问题，保证了用户更好的使用体验。”研发工程师Theo说。

另一方面，为了降低冬季的电量损耗，我们也特别研发了一套基于热泵的热管理系统，通过吸收空气中的热量来控制车内温度，这也是L系列首次搭载热泵空调。

“低温环境下，开空调取暖其实是冬季续航衰减的主要影响因素。热泵相当于是大自然的搬运工，通过从环境中搬运热量，给座舱进行加热，比传统空调更节能。

除了热泵，L6还搭载一般插混车很少采用的双层流空调箱。在冬季，上层引入车外干燥的新风，减少车舱二氧化碳含量，降低车窗起雾风险；下层引入温度较高的内循环气流，降低空调加热能耗。

在理想L6上，我们还对传统的双层流空调箱进一步升级，采用双执行电机新风比例可调技术，配合温、湿度传感器、CO2浓度传感器，这样我们可以在控制玻璃不起雾、CO2浓度足够低的前提下，通过风门精确比例控制算法，自动寻找不同环温、不同人数下的合适的新风比例，进而实现极致节能。

通过以上3个技术的组合，在-7°C的CLTC工况对比测试中，空调开到相同的车内温度，理想L6的空调能耗比同级别混动车型低约45%，进而实现纯电行驶的低温续航保持率领先同级约7%。”工程师Erik说。

为了确保交付到用户手里的每一辆车，电池都能做到绝对安全，全新一代的磷酸铁锂电池与理想L系列搭载的三元锂电池、理想MEGA上搭载的麒麟5C电池一样，全都基于130项安全设计指标，历经951项安全测试，并进行了大量超越国家标准的极端试验。

我们自研的车端、云端电池预警系统，也会7*24小时对电池健康状态进行实时体检，进一步确保电池全生命周期中的使用安全。

创造移动的家，创造幸福的家，我们将通过不懈的努力，为每一个中国家庭提供更好的用车体验。