豐田燃料電池汽車Mirai（譯名：未來）近日刷了屏，作為豐田首款量產(chǎn)的氫燃料電池車，Mirai引發(fā)眾多關(guān)于新能源汽車電池路線的思考。新能源汽車路線主要有鋰離子電池、固態(tài)電池和氫燃料電池三種主要技術(shù)路線，目前只有鋰離子電池新能源汽車實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。

 

一、鋰離子電池——現(xiàn)階段新能源汽車主流電池路線

 

目前新能源汽車市場以鋰離子電池為主。與鉛酸、鎳鎘、鎳氫等電池相比，鋰離子動(dòng)力電池具有容量大、密度高、循環(huán)壽命長、電壓高的特點(diǎn)，產(chǎn)生的環(huán)境污染相對(duì)較小，鋰離子動(dòng)力電池主要分為三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰等幾類，目前三元鋰和磷酸鐵鋰動(dòng)力電池裝機(jī)量占90%以上的份額。

 

 

 

2017年各類型動(dòng)力電池份額占比

 

三元鋰的優(yōu)勢是能量密度高，缺點(diǎn)是安全性差、耐高溫性差、價(jià)格也比較昂貴。三元鋰電池主要用于乘用車和部分專用車，因?yàn)槌擞密噷?duì)于能量密度要求高。近年來鈷價(jià)上升迅速，為節(jié)約成本，提升電池能量密度，三元鋰電池往高鎳化發(fā)展。三元鋰電池目前2018年發(fā)布的補(bǔ)貼退坡政策，對(duì)于續(xù)航里程超過300Kwh的車型補(bǔ)貼不降反升，能量密度門檻由90Wh/kg上調(diào)為105Wh/kg，政策對(duì)于高續(xù)航里程車型的補(bǔ)貼，疊加“雙積分政策”，三元鋰電池滲透率提升空間最大。

 

磷酸鐵鋰的優(yōu)勢在于安全性高，電池較為穩(wěn)定，耐高溫，電芯組成簡單，不需要太多保護(hù)設(shè)備，缺點(diǎn)是能量密度不高。磷酸鐵鋰主要用于客車和少量專用車，低續(xù)航里程乘用車補(bǔ)貼逐漸取消，這部分車型以及部分專用車對(duì)于性價(jià)比要求較高，更傾向于使用磷酸鐵鋰電池，畢竟每Kwh磷酸鐵鋰的價(jià)格不到三元鋰一半。另外客車對(duì)安全性要求更高，客車空間大，對(duì)能量密度要求不高，基本上用的都是磷酸鐵鋰電池，因此磷酸鐵鋰電池在未來還是有一定需求空間的。

 

我國鋰電池產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，技術(shù)水平逼近國際頂尖公司。我國鋰電池技術(shù)水平和國外基本無差異，只是電池穩(wěn)定性方面不如國際領(lǐng)先公司，近年來我國鋰電池產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，全球動(dòng)力電池銷量前十的企業(yè)中國占據(jù)7位，寧德時(shí)代、比亞迪、沃特瑪?shù)裙驹谌蚴袌鼍加幸幌兀?017年寧德時(shí)代超越松下，出貨量全球第一。

 

 

 

二、固態(tài)電池——下代動(dòng)力電池主流技術(shù)路線，研發(fā)取得一定成果，市場化仍需時(shí)日

 

固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解液的電池。傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池被形象地稱為“搖椅式電池”，搖椅兩端為正負(fù)兩極，中間為電解質(zhì)（液態(tài)），鋰離子從正極到負(fù)極，再到正極的運(yùn)動(dòng)過程中完成整個(gè)充放電過程。固態(tài)電池的原理與液態(tài)鋰電池相同，只不過其電解質(zhì)為固態(tài)，具有的密度以及結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子傳導(dǎo)更大的電流，進(jìn)而提升電池容量。

 

固態(tài)電池?fù)碛心芰棵芏却?，安全性高的?yōu)勢。由于固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)，能量密度大，同樣電量體積更小。由于沒有電解液，封存更容易，在汽車等大型設(shè)備上使用時(shí)，也不需要再額外增加冷卻管等，不僅節(jié)約了成本，還能有效減輕重量。另外固態(tài)電池安全性高，不易爆炸起火，是電動(dòng)汽車很理想的電池。

 

固態(tài)鋰電池有望成為下一代動(dòng)力電池主流技術(shù)路線。按照《中國制造2025》確定的技術(shù)目標(biāo)，2020年鋰電池能量密度到300Wh/kg，2025年能量密度達(dá)到400Wh/kg，2030年能量密度達(dá)到500Wh/kg。新能源汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展需要能量密度更大的技術(shù)儲(chǔ)備，全固態(tài)鋰電池則有望成為下一代車用動(dòng)力電池主導(dǎo)技術(shù)路線。

 

日本固態(tài)電池進(jìn)展最快，豐田是固態(tài)電池領(lǐng)域最具權(quán)威的企業(yè)之一。今年5月起，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省將出資16億日元，聯(lián)合大型汽車廠商、電池和材料廠商，共同研發(fā)固態(tài)電池。在日本企業(yè)中，2010年豐田就推出了硫化物固態(tài)電池，2014年固態(tài)電池能量密度已達(dá)400Wh/kg，2017年12月，豐田和松下對(duì)外宣布將聯(lián)合開發(fā)全固態(tài)電池，計(jì)劃于2020年推出10款電動(dòng)車，于2020年全面實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化。此外，日本NGK、三菱瓦斯化學(xué)、東麗、松下、住友化學(xué)等廠商也表示看好全固態(tài)電池的市場前景，正在加速相關(guān)材料的研發(fā)。

 

國內(nèi)領(lǐng)先電池企業(yè)在固態(tài)電池技術(shù)儲(chǔ)備與研發(fā)上，也取得了不錯(cuò)的成績。不少企業(yè)已經(jīng)推出了行業(yè)領(lǐng)先的產(chǎn)品，寧德時(shí)代、國軒高科，萬向等公司均在研發(fā)固態(tài)電池，只是商業(yè)化還要過些時(shí)日。

 

三、氫燃料電池——新能源汽車終極路線

 

氫燃料電池基本原理是電解水的逆反應(yīng)。雖然燃料電池名字里有“燃料”字樣，氫氣也確實(shí)能和氧氣一起燃燒，但燃料電池卻不是利用氫和氧的燃燒來獲取能量，而是利用氫氣跟氧氣化學(xué)反應(yīng)中的電荷轉(zhuǎn)移來形成電流，氫離子和氧離子結(jié)合成為純水，也是反應(yīng)的廢物。

 

氫燃料電池有如下幾大優(yōu)勢：

 

第一，續(xù)航里程高。氫氣會(huì)通過高壓儲(chǔ)存于氫氣罐，因此對(duì)續(xù)航能力也會(huì)有更可靠的保障。豐田第二代氫燃料電池汽車Mirai續(xù)航高達(dá)700公里，是目前主流電動(dòng)汽車的兩倍多。

 

第二，加氫時(shí)間短。在充電效率方面，鋰電池汽車充電時(shí)間長，哪怕快充著稱的特斯拉，充滿80%的電需要40分鐘，電池保護(hù)機(jī)制使得剩余20%充電需要更長時(shí)間。而氫氣加注耗時(shí)則短得多，國際標(biāo)準(zhǔn)充氫站氫氣裝滿用時(shí)3分鐘。

 

第三，氫氣資源豐富，唯一排出的廢物是水，潔凈環(huán)保。氫元素是宇宙中最豐富的成分，在地球上儲(chǔ)量也是最豐富的，而氫氣在燃料電池中跟空氣中的氧氣結(jié)合，排出的唯一“廢物”是純凈水！可以說氫燃料電池是目前最豐富、最清潔的資源。

 

既然氫燃料電池有如此之多的好處，為什么沒有大規(guī)模推廣呢？

 

氫燃料電池新能源車面臨的主要問題并不是技術(shù)瓶頸難以突破，而是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不完善的問題。技術(shù)方面，雖然將氫氣拆分成氫離子和電子的電解質(zhì)薄膜是燃料電池的技術(shù)壁壘，然而豐田Mirai搭載的燃料電池可以輸出114千瓦的發(fā)電功率，比2008年豐田的技術(shù)提高了2.2倍，因此技術(shù)問題不是最主要的。氫燃料電池汽車是一整個(gè)產(chǎn)業(yè)，加氫站等配套設(shè)施均需跟得上。中國加氫站建成運(yùn)營只有8個(gè)，而日本也只有95個(gè)，也就是說，消費(fèi)者即便買了一臺(tái)氫燃料電池汽車，也根本沒法用，因?yàn)榧託湔咎佟?/div>