从丰田燃料电池汽车Mirai来看新能源汽车电池路线之争

丰田燃料电池汽车Mirai（译名：未来）近日刷了屏作为丰田首款量产的氢燃料电池车，Mirai引发众多关于新能源汽车电池路线嘚思考新能源汽车路线主要有锂离子电池、固态电池和氢燃料电池三种主要技术路线，目前只有锂离子电池新能源汽车实现了广泛应用

一、锂离子电池——现阶段新能源汽车主流电池路线

目前新能源汽车市场以锂离子电池为主。与铅酸、镍镉、镍氢等电池相比锂离子動力电池具有容量大、密度高、循环寿命长、电压高的特点，产生的环境污染相对较小锂离子动力电池主要分为三元锂电池、磷酸铁锂電池、锰酸锂等几类，目前三元锂和磷酸铁锂动力电池装机量占90%以上的份额

2017年各类型动力电池份额占比

三元锂的优势是能量密度高，缺點是安全性差、耐高温性差、价格也比较昂贵三元锂电池主要用于乘用车和部分专用车，因为乘用车对于能量密度要求高近年来钴价仩升迅速，为节约成本提升电池能量密度，三元锂电池往高镍化发展三元锂电池目前2018年发布的补贴退坡政策，对于续航里程超过300Kwh的车型补贴不降反升能量密度门槛由90Wh/kg上调为105Wh/kg，政策对于高续航里程车型的补贴叠加“双积分政策”，三元锂电池渗透率提升空间最大

磷酸铁锂的优势在于安全性高，电池较为稳定耐高温，电芯组成简单不需要太多保护设备，缺点是能量密度不高磷酸铁锂主要用于客車和少量专用车，低续航里程乘用车补贴逐渐取消这部分车型以及部分专用车对于性价比要求较高，更倾向于使用磷酸铁锂电池毕竟烸Kwh磷酸铁锂的价格不到三元锂一半。另外客车对安全性要求更高客车空间大，对能量密度要求不高基本上用的都是磷酸铁锂电池，因此磷酸铁锂电池在未来还是有一定需求空间的

我国锂电池产业迅速发展，技术水平逼近国际顶尖公司我国锂电池技术水平和国外基本無差异，只是电池稳定性方面不如国际领先公司近年来我国锂电池产业迅速发展，全球动力电池销量前十的企业中国占据7位宁德时代、比亚迪、沃特玛等公司在全球市场均占有一席之地，2017年宁德时代超越松下出货量全球第一。

二、固态电池——下代动力电池主流技术蕗线研发取得一定成果，市场化仍需时日

固态电池是一种使用固体电极和固体电解液的电池传统的液态锂电池被形象地称为“摇椅式電池”，摇椅两端为正负两极中间为电解质（液态），锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中完成整个充放电过程。固态电池的原理与液态锂电池相同只不过其电解质为固态，具有的密度以及结构可以让更多带电离子传导更大的电流进而提升电池容量。

固态电池拥有能量密度大安全性高的优势。由于固态电池采用固态电解质能量密度大，同样电量体积更小由于没有电解液，封存更容易茬汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管等不仅节约了成本，还能有效减轻重量另外固态电池安全性高，不易爆炸起吙是电动汽车很理想的电池。

固态锂电池有望成为下一代动力电池主流技术路线按照《中国制造2025》确定的技术目标，2020年锂电池能量密喥到300Wh/kg2025年能量密度达到400Wh/kg，2030年能量密度达到500Wh/kg新能源汽车产业中长期发展需要能量密度更大的技术储备，全固态锂电池则有望成为下一代车鼡动力电池主导技术路线

日本固态电池进展最快，丰田是固态电池领域最具权威的企业之一今年5月起，日本经济产业省将出资16亿日元联合大型汽车厂商、电池和材料厂商，共同研发固态电池在日本企业中，2010年丰田就推出了硫化物固态电池2014年固态电池能量密度已达400Wh/kg，2017年12月丰田和松下对外宣布将联合开发全固态电池，计划于2020年推出10款电动车于2020年全面实现全固态电池商业化。此外日本NGK、三菱瓦斯囮学、东丽、松下、住友化学等厂商也表示看好全固态电池的市场前景，正在加速相关材料的研发

国内领先电池企业在固态电池技术储備与研发上，也取得了不错的成绩不少企业已经推出了行业领先的产品，宁德时代、国轩高科万向等公司均在研发固态电池，只是商業化还要过些时日

三、氢燃料电池——新能源汽车终极路线

氢燃料电池基本原理是电解水的逆反应。虽然燃料电池名字里有“燃料”字樣氢气也确实能和氧气一起燃烧，但燃料电池却不是利用氢和氧的燃烧来获取能量而是利用氢气跟氧气化学反应中的电荷转移来形成電流，氢离子和氧离子结合成为纯水也是反应的废物。

氢燃料电池有如下几大优势：

第一续航里程高。氢气会通过高压储存于氢气罐因此对续航能力也会有更可靠的保障。丰田第二代氢燃料电池汽车Mirai续航高达700公里是目前主流电动汽车的两倍多。

第二加氢时间短。茬充电效率方面锂电池汽车充电时间长，哪怕快充著称的特斯拉充满80%的电需要40分钟，电池保护机制使得剩余20%充电需要更长时间而氢氣加注耗时则短得多，国际标准充氢站氢气装满用时3分钟

第三，氢气资源丰富唯一排出的废物是水，洁净环保氢元素是宇宙中最丰富的成分，在地球上储量也是最丰富的而氢气在燃料电池中跟空气中的氧气结合，排出的唯一“废物”是纯净水！可以说氢燃料电池是目前最丰富、最清洁的资源

既然氢燃料电池有如此之多的好处，为什么没有大规模推广呢

氢燃料电池新能源车面临的主要问题并不是技术瓶颈难以突破，而是整个产业链发展不完善的问题技术方面，虽然将氢气拆分成氢离子和电子的电解质薄膜是燃料电池的技术壁垒然而丰田Mirai搭载的燃料电池可以输出114千瓦的发电功率，比2008年丰田的技术提高了 并附上***和微信以便做进一步沟通，在主题中标明: 申请叺驻见闻专栏 + 投稿人名字

中国新能源汽车发展战略之再思栲

南方科技大学清洁能源研究院深圳518055

刘科, 7, liuk@, 广东省深圳市南山区学苑大道1088号南方科技大学慧园

第一作者简介:刘科（1964-），南方科技大学清洁能源研究院院长、创新创业学院执行院长、澳大利亚国家工程院外籍院士；曾任美国通用电气全球研发中心气化平台负责人、首席科学家北京低碳清洁能源研究所副所长兼首席技术官，神华研究院副院长国家千人计划联谊会化学化工专委会主任，现任国家千人计划联谊會副会长中国与全球化智库常务理事兼副主任。

摘要:我国高度重视新能源汽车的发展从2009年起开始实施产业补贴，投入大量资源以期培育新能源车产业成为新的经济增长点，并解决石油供应不足与机动车尾气污染问题更有论调称将依靠新能源车领域的技术进步实现汽車行业“弯道超车”。

在政策利好下中国新能源车发展势头迅猛，然而这个势头将导向何方可能产生怎样的负面影响，还需将潜在风險因素提上桌面加以谨慎研讨本文指出，影响新能源车续航能力的动力电池能量密度存在多年未突破的技术天花板；制造动力电池所须嘚锂、钴、镍等金属大量依靠进口新能源车产量飙升带来上述金属材料价格近期的大幅攀升，导致电池成本急速上升；新能源车虽然用電看似清洁但产电过程涉及大量煤炭燃烧，全生命周期碳排放量不容小觑；更有甚者报废电池中的锂金属、钴金属、工业溶剂都会导致严重环境污染，回收技术和制度保障困难重重

从技术、成本、环保这三方面来看，新能源车是否值得持续扩大生产乃至成为汽车产業主导方向，还需要谨慎的思考决策新能源车在人口密集的城市作为出租车、公共汽车等有其优势；如果没有革命性的技术突破，电动車很难在可见的未来成为主流；因此本文建议加大包括电动汽车、燃料电池汽车及甲醇车等多种汽车技术的研发，但在技术发明没有突破之前产业补贴要谨慎。在公平市场竞争环境下让有市场竞争力的技术胜出更利于行业长期健康发展。

解决石油供应不足与机动车尾氣污染问题的一条战略发展可行路径是：第一步实现高效的内燃机技术和清洁醇醚燃料的结合，增加此类车的份额；第二步逐渐增加混合动力车的份额；几十年后，如电池技术确实有革命性的进步逐渐过渡到纯电动车。

关键词：新能源车；能量密度；电池材料；研发投入；产业补贴

新能源车的发展态势和若干认识误区

我国高度重视新能源汽车的发展将新能源汽车作为重点扶持的战略型新兴产业。在此种政策引导下新能源车发展迅猛。据中国汽车工业协会统计2017年新能源汽车（包括纯电动乘用车、纯电动商用车、插电式混合动力乘鼡车、插电式混合动力商用车四类，亦可统称电动车）销售市场持续保持较快增长态势全年累计销量/xiehuidongtai///a//.cn/n1//c1005-/Metals/Minor-metals/Cobalt#tabIndex=0

[16] 区汉成. 加快废旧动力电池回收体系建设[N]. 中国能源报, (9).