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的思考。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，锂离子动力电池具有容量大、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、磷酸铁锂电池、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，缺点是安全性差、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。近年来钴价上升迅速，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车和少量专用车，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，毕竟每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无差异，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路线，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“摇椅式电池”，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，在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，不易爆炸起火，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年锂电池能量密度到300Wh/kg，2025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用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、三菱瓦斯化学、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备与研发上，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，只是商业化还要过些时日。

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”字样，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电流，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。在充电效率方面，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。而氢气加注耗时则短得多，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2.2倍，因此技术问题不是最主要的。氢燃料电池汽车是一整个产业，加氢站等配套设施均需跟得上。中国加氢站建成运营只有8个，而日本也只有95个，也就是说，消费者即便买了一台氢燃料电池汽车，也根本没法用，因为加氢站太少。

加氢站等基础设施建设需要极高的前期投入。根据日本建设加氢站的经验，一座加氢站的投资成本约3000万人民币，是加油站建设成本（300万）的5倍，也远比充电桩450万左右的投入高得多。另外每年还需承担300万运营成本。丰田和日本政府规划2020年前修建160处加氢站，使之与加油站一样普及，但目前仅有90个加氢站投入使用。中国技术不如日本成熟，成本只高不低，另外还需考虑城市规划和交通等问题，加氢站很难推广。

除了加氢站，制氢、储运成本也是一笔不小的费用。很多媒体声称日本液化氢气60元/千克左右，以丰田Mirai为例，百公里氢气消耗量为0.68kg，花费40元左右，和燃油车接近。实则不然，现实中氢气售价比这要贵得多，国内制氢成本就需要50元左右，另外压缩、运输、站内加压成本，想实现 60元/公斤的价格根本不可能，目前国际氢燃料电池加氢的普遍价格是15USD/kg，合人民币95元左右，氢燃料成本还是相当高的。

虽然现阶段氢燃料电池汽车仍存在诸多问题，但由于氢燃料电池的种种优势，政府仍给予大量支持。对于符合标准，加氢能力不少于200kg的加氢站，国家奖励400万元。2018年新补贴政策中，燃料电池乘用车补贴6000元/kw，最高补贴20万，而锂电池乘用车每辆车最多补贴5万元，对于燃料电池补贴力度还是相当大的。目前中国车企稳步推进氢燃料电池汽车，上汽大通、北汽福田、郑州宇通、南京金龙等商用车大厂均推出了燃料电池商用车型，并已进入试运营阶段。

虽然固态电池和氢燃料电池有锂电池无可比拟的优势，但由于技术、成本等条件限制，至少5年内，锂电池新能源汽车仍是主流路线，固态电池技术突破至少要等到5年后，氢燃料电池广泛应用可能需要8年以上。

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