中國儲能網(wǎng)訊：時至今日，三元鋰電池已成為汽車電動化的最核心元素，但面對將到來的動力電池大洗牌時代，它雖信心滿滿，但又似乎憂心忡忡。
（來源：微信公眾號“汽車商業(yè)評論” ID：autobizreview 作者：張屹鵬）
誠然，各個行業(yè)都會在不同的時間節(jié)點開啟洗牌工作。一成不變、不求革新之輩很容易被淘汰，相反，勇于創(chuàng)新、著眼未來的態(tài)度會讓自身能力值更加強大。結果則很簡單，前者被洗掉，后者將取代前者的位置。
20世紀70年代，鋰離子電池這個概念首次被提出并開始被研究。時至今日，三元鋰電池已成為汽車電動化的最核心元素。
然而，面對將到來的動力電池大洗牌時代，它信心滿滿，但又似乎憂心忡忡。因為技術，從不承認馬太效應。
就目前的新能源汽車市場來看，我們最為熟知的是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池，可以說，這兩種動力電池撐起了現(xiàn)階段的全球電動化發(fā)展之路。
不過，隨著大家對于續(xù)航里程、充電時間、安全性等問題的愈發(fā)關注，“老家伙”們開始力不從心。人們在吐槽、抱怨、忍耐的同時，期盼著一種集高能量密度、高安全性、高效率充能、低成本于一身的電池類型早日出現(xiàn)。
“老家伙”腹背受敵，燃料電池、固態(tài)電池等“新勢力”伺機而動，利用燃料電池驅動的車型幾年前就已出現(xiàn)在市場當中。那么，在大洗牌時代到來之時，誰會被淘汰出局，誰繼續(xù)茍延殘喘，誰又將脫穎而出？
鋰電池，最主流也最危險
準確來說，應該稱之為“三元鋰離子電池”（以下簡稱三元鋰電池）。索尼公司在1991年發(fā)布了首個商用鋰離子電池，革命性地改變了消費電子產(chǎn)品的發(fā)展之路。如今，鋰離子電池是絕對的主流，3C市場一直依賴于它的存在，相對而言新能源汽車應用得則要晚一些。
不過正如前文所言，若不思進取，創(chuàng)新的浪潮早晚會將你拍打在落后的沙灘上。去年早些時候，世界上歷史悠久的、最有名望的科學雜志《自然》刊登了一篇文章，題為《距離鋰電子電池革命僅余10年》，這篇文章指出，鋰離子電池性能和價格的演進速度正在放緩。
深究原因，無非有二：
其一，技術瓶頸。電池，從本質上來說是一種能夠將儲存的化學能轉化為電能的設備。所以，在晶體結構中可以儲存的電量是有天花板的。就拿手機來說，隨著硬件水平的不斷提升，手機自身的技術與性能呈飛躍式發(fā)展，但配套鋰電池的升級之路卻依舊步履蹣跚。
較二十年前，可充電鋰離子電池在電池組所儲存能量方面提升了數(shù)倍，看似突飛猛進，實則遠遠不夠，尤其是相對于芯片、軟件等高新技術產(chǎn)業(yè)的更新速度。可以說，鋰電池從被需求、不可替代、主流，慢慢得在朝“被替代”前進。
應用到新能源汽車上之后，這種“緩慢”就更加突顯。車企們不可能在一款轎車上放入大量的三元鋰電池，原因很簡單——重量。隨著車重的同步提升，實際續(xù)航能力的上揚曲線終將歸于平直，再加上充電設施還未達到完善的程度，三元鋰電池在動力電池領域的發(fā)展勢必將率先走向抉擇點。
其二，材料。決定三元鋰電池性能的最主要因素是電池兩極的材料，特別是正極材料。鎳、鈷、錳，這三種金屬元素幾乎主宰了一切。其中，鎳元素最大的意義在于提升能量密度；鈷的作用是穩(wěn)定材料的層狀結構，且能夠提高材料的循環(huán)和倍率性能。
不可或缺，導致了沒得選，這樣一來，鎳和鈷的價格在2017年呈現(xiàn)出了持續(xù)激增的狀態(tài)，市場供不應求。雖然在2018年下半年出現(xiàn)了下滑，但短期內的不可替代仍促使著價格蓄力反彈。多家正極材料企業(yè)和鋰電池企業(yè)紛紛表示，基于成本原因，一定要尋找替代品。
“NCM811（鎳：鈷：錳=8:1:1））”的出現(xiàn)讓三元鋰電池可以有力回擊質疑。原則上說，相對于已經(jīng)成熟的“532”和“622”，811在鎳的占比上進一步得到了提升，能量密度增加的同時，成本隨之降低。隨著未來的進一步發(fā)展，無鈷鋰電池也在逐步浮出水面。
但凡事都有兩面性，NCM811也并非無懈可擊。不止一個專家曾指出，鎳比例越高，整個正極材料的熱穩(wěn)定性就越差。高溫不穩(wěn)定、低溫效能低本來就是三元鋰電池的短板，這樣一來，安全性成為了必須要優(yōu)先逾越的障礙。
于是很多動力電池企業(yè)將重心放在了安全性上，蜂巢能源科技有限公司全球營銷副總裁Jeffrey Yambrick（嚴博瑞）對于NCM811十分看好，但也承認穩(wěn)定性是必須要關注的問題：“NCM811關注的問題是如何在高溫下保證穩(wěn)定性，我們進行了優(yōu)化。在蜂巢能源的研發(fā)團隊通過正極材料的改進，使得正極材料能夠在零下20—60攝氏度正常工作，高溫140—150攝氏度使得阻抗增大3個數(shù)量級形成斷路，保證電芯的安全?！?
坦白講，現(xiàn)在談論三元鋰電池的末日還為時過早，有朝一日一旦在材料上有所突破，亦或是在能量技術方面挑破了天花板，三元鋰電池的技術優(yōu)勢將有望再一次得到發(fā)揮。
磷酸鐵鋰電池，何去何從
嚴格意義上說，磷酸鐵鋰電池也是鋰電池的一種，其指的是用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。所以，其與三元鋰離子電池最本質的區(qū)別在于正極材料。
磷酸鐵鋰電池相對于三元鋰電池有著明顯的短板——能量密度低，僅憑這一點，似乎就可以一板磚將其拍死。但是別忘了，磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢同樣突出，之所以在新能源物流車、客車、貨車上普遍采用磷酸鐵鋰電池，最大的原因就是因其高穩(wěn)定性與低成本。
短期內，磷酸鐵鋰電池在小型城市代步車、商用車領域依舊有著穩(wěn)定的市場，再加上2021年新能源車政策的取消，磷酸鐵鋰電池在成本方面的優(yōu)勢將更為受用。
盡管能量密度沒有鋰電池高，但磷酸鐵鋰電池自身并未停止升級的腳步，突破200Wh/kg并非癡人說夢?！霸诹姿徼F鋰電池上還是有很多的空間可以繼續(xù)開發(fā)出來，我們到現(xiàn)在一直沒有放棄磷酸鐵鋰電池，不斷的持續(xù)投入，我覺得這是一個正確的決策，做磷酸鐵鋰電池不會涉及到鎳金屬、鈷金屬等資源，所以有很大的發(fā)展?！眹幐呖乒こ萄芯吭嚎傇涸洪L蔡毅對磷酸鐵鋰電池的發(fā)展很有信心。
2017年，沃特瑪對磷酸鐵鋰材料的使用量達到近2萬噸，占據(jù)了近三成的市場份額。雖然在2018年，沃特瑪受債務危機影響一蹶不振，需求端變得更加集中，供應體系變化很大。但是，比亞迪、貝特瑞、北大先行等企業(yè)卻依舊計劃進一步擴產(chǎn)，這也從側面反映了動力電池企業(yè)對磷酸鐵鋰電池未來的一種預期。
新技術有戲沒戲
“真正意義的能源安全就是氫能源，真正意義的新能源汽車是燃料電池汽車?！泵魈鞖淠芏麻L王朝云對于自己從事的新能源領域頗為自信。
之所以王朝云把燃料電池看作是真正的新能源，并不僅僅是因為他是相關從業(yè)者，更重要在于他對這項技術本質的理解。他表示，燃料電池只需要氫氣和空氣，有了氫就可以用燃料電池，可以通過電化學反應轉化成電能和熱。就這個觀點而言，他說得不無道理。
我們身邊的純電動車用的是電驅動，電從哪里來？參考一年多前的數(shù)據(jù)，火電占全國發(fā)電量的比重為73.93%，水電占全國發(fā)電量的比重為18.26%?；鹆Πl(fā)電和水力發(fā)電，顧名思義，前者利用煤炭資源燃燒時產(chǎn)生的熱能，通過發(fā)電動力裝置轉換成電能，后者則是將水能轉換為電能。
不用多說大家都能明白，無論是源頭的資源利用，還是后期的排放，大部分電力都不可能百分之百的實現(xiàn)清潔無污染，利用的也都是傳統(tǒng)能源，所以何來新能源之說？
說回正題，作為氫燃料電池，其工作原理是電解水的逆反應，即將氫氣和空氣中的氧氣進行化學反應，然后產(chǎn)生電能（電荷轉移形成電流）和水，反應的地方便是燃料電池堆。氫燃料電池有兩個特點需要特別關注，其一，其使用的是宇宙最為豐富的氫元素，不會存在資源枯竭的問題；其二，在整個工作過程中，排出的唯一廢物是“水”，不存在污染問題。
此外，氫燃料電池車的加氫效率很高，基本上和加油的時間差不多。續(xù)航里程方面，目前量產(chǎn)的幾款車型，如本田Clarity、豐田Mirai等均可以達到500公里以上。
但是，燃料電池也有它的問題：一個是成本，另一個是安全。在這里不做技術層面的贅述，舉幾個鮮活的例子：目前加氫站的成本至少需要2000萬人民幣左右，這還不算土地成本。由于氫燃料電池車需要完備的儲氫設備，所以成本也很高。根據(jù)豐田和日產(chǎn)的日本官網(wǎng)顯示，豐田Mirai在日本的售價要比日產(chǎn)LEAF貴上一倍。
此外安全也是大問題，氫不穩(wěn)定，遇到空氣可燃，并且無色無味，如果車內儲氫瓶無法做到碰撞后的絕對密封，或是及時排出氫氣，一旦發(fā)生車輛碰撞，后果將不堪設想。
從現(xiàn)在的技術水平角度和性能角度來講，中國氫燃料電池技術和日韓水平幾乎接近。對于安全問題，他對技術層面很有信心，“我們的燃料電池，氫氣跟空氣可以隔離，要用的時候就用，不用的時候就隔離，隔離就不會燃燒爆炸?！?
2018年底，全國政協(xié)副主席、致公黨中央主席、中國科學技術協(xié)會主席萬鋼曾撰文表示，“純電動汽車的短板是續(xù)駛里程和充電時間,尚不能滿足量大面廣的遠程公交、雙班出租、城市物流、長途運輸?shù)仁袌鲂枨蟆榇?應及時把產(chǎn)業(yè)化重點向燃料電池汽車拓展?！彪m然目前還存在這樣那樣的問題，但燃料電池的優(yōu)勢太過于突出，對企業(yè)們的誘惑太大，如果給它時間，規(guī)?；膊⒎峭耆豢赡?。
固態(tài)電池要比燃料電池看上去更遠一些，但從電池結構角度來說，其和現(xiàn)在的三元鋰電池要更接近，固態(tài)電池與后者最明顯的區(qū)別，就是采用的電解質為固態(tài)結構。
不要小瞧這個變化，F(xiàn)isker曾宣稱，他們的固態(tài)電池已經(jīng)申請了專利，其能量密度是傳統(tǒng)鋰電池的2.5倍，具備9分鐘恢復160公里的續(xù)航能力。相對于三元鋰電池，固態(tài)電池有著高能量密度和高穩(wěn)定性的特點，但在電導率方面是短板。
目前很多整車企業(yè)、動力電池企業(yè)都在布局研發(fā)固態(tài)電池，其中包括大眾、豐田、寶馬、博世、日立、戴森等，國內的動力電池企業(yè)也有了一定的相關技術儲備，其中寧德時代CATL早已獲得了固態(tài)電解質膜片及鋰離子電池、鋰離子電池的固態(tài)電解質材料等多項專利。
目前對于固態(tài)電池的研發(fā)還處于技術儲備階段，離規(guī)模化量產(chǎn)還有很長一段路要走?！澳壳疤貏e熱的固態(tài)電池，在行業(yè)內的判斷，其真正能夠成功的以同等略高一點的能量在新能源汽車上示范運營，還是要至少3-5年的時間?！卑不绽S能動力電池董事長孫曉東給出了一個他心目中的落地時間表。
固態(tài)電池的意義不在于短期內的替代，而是著眼未來。無論是技術特點還是接受度，固態(tài)電池在很多人眼中是一個完美的選項。雖然這個完美的存在離最終規(guī)?；€有距離，但從半固態(tài)液流電池這個“過渡”技術入手，或許可以容易很多。
通常來講，某一個領域不會只允許單一技術存在，多種技術相輔相成要更為實際。磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池全力突破瓶頸，并分別主攻商用車和乘用車市場；燃料電池和固態(tài)電池布局未來，為前兩者提供技術方向支持。洗牌的重點不在于洗掉誰，而是最終留下誰。
