新能源汽车漫谈（三）：动力电池技术为何花落锂电？

上一期介绍了燃料电池汽车和太阳能汽车由于自身存在无法掩盖的缺陷，没能成为新能源汽车的主流方向。正因如此，动力电池技术成为了新能源汽车这一时期的唯一选择，从而一统江湖。虽然电池技术的技术路线五花八门，各种材料层出不穷，但只要一提到新能源汽车或者动力电池，业内人的反应直接就是锂离子电池（以下简称“锂电”），似乎动力电池技术只有锂电一种。这究竟又是为何呢，且听本期分解。

一、为什么不是一次电池

电池可以分为一次电池和二次电池两类。所谓一次电池即只能一次性使用的电池，最常见的就是我们日常用的碱性电池（燃料电池和一次电池所涉及的范围有一定程度重叠，上期已经介绍了燃料电池的优势与不足，在此不再赘述），而二次电池指的是可以循环使用即能够充电的电池，常见的就是日用电子产品的电池。理论上这两类电池均可以充当汽车的动力电池，只不过使用一次电池时需要像现在加油一样去换电池，而使用二次电池就可以直接在家中实现充电。

事实上，部分一次电池在某些电池性能指标上远胜过目前被广泛使用的二次电池，比如能量密度，代表性的铝空气电池理论上可以达到8100Wh/kg，而目前的车用动力锂电池能量密度只有200-300Wh/kg左右。也就是说，如果加以改造，现在300公里续航里程的新能源汽车换上了铝空气电池理论上能达到近一万公里的续航里程，那么当前新能源汽车车主们头疼的“里程焦虑”也就迎刃而解了。但是当前按市场上销售的电动汽车全部为二次电池汽车，完全不见一次电池的踪影，难不成它存在着什么致命缺陷？没错，因为一次电池难以被回收利用。众所周知，干电池对环境污染是比较大的，所以需要专门回收，而车用动力电池的用量那么大，更新这么频繁，如果使用的电池有污染，那么产生的环境负担是巨大的。而既绿色环保又适合汽车使用的，目前看来一次电池中只有尚在起步中的金属空气电池有一战之力。金属空气电池中目前最被看好的是铝空气电池，以色列Phinergy公司甚至声称其基于此技术研发出续航里程1600公里的电动汽车。但事实上该电池技术还存在着诸多问题，比如实际比能量只约实现了350Wh/kg，难以防止絮状氢氧化铝生成，比功率较低，自放电严重等。更重要的是，尽管铝元素很常见，但由于其冶炼依赖高温电解，其价格仍达到20元/kg（电池要求99.99高纯铝，该价格明显低估），如果按100千克铝行使3000公里计算，不计电池其他部分，百公里行驶成本至少需要667元，远超传统汽车。正是因此，一次电池目前并不适合汽车应用领域。

二、二次电池为何选择锂电

既然一次电池不合适，那么能够选择的只剩下了二次电池。但二次电池有很多种，为什么锂离子电池能够脱颖而出呢？对于新能源汽车的动力电池来说，首先电池技术需要能够有在车辆上使用的可行性，具体来说就是能够小型化，能在常温下工作，安全性能较好，其次需要具有较高的比能量（即能量密度，影响车辆续航里程）和比功率（即最大输出功率，影响车辆加速度）。对此，我们不妨看一下下面这张表，这张表列出了当前主要二次储能技术的关键性能参数。

资料来源：中国科学院物理研究所

（一）硫钠电池

对于硫钠电池来说，其工作温度在300摄氏度以上，主要用作大型储能设备，目前小型化难度较高，所以并不适合动力电池应用。

（二）钒液流电池

钒液流电池也是一种比较新的储能技术，中国科学院大连化物所的张华名教授在这方面的工作已达到国际领先水平，其安全性高，可在常温下工作，但是由于是液体电池，比能量和比功率仍较低，成本也还未能与传统储能技术相竞争，所以并不适合动力电池应用。

（三）超级电容器

超级电容器是当前比较受到关注的一项储能技术，其工作原理上类似于电容器，因而工作温度合适，安全性能好，循环寿命最长，库仑效率接近100%，而且其比功率极高，可以提供强大的功率输出，因而已被应用于部分高端跑车和电动轨道列车的启动加速系统中。但是超级电容器目前的比能量过低，而成本又较高，并不适合作为新能源汽车的动力源动力电池而使用。

（四）铅酸电池

铅酸电池是汽车应用领域的“老顾客”了，由于成本低廉，安全性能好，循环寿命较长，其广泛用于各类汽车的电瓶中。但对于直接供给动力的动力电池应用，铅酸电池不仅比功率较低，而且比能量也较低，因此它也不适合动力电池应用，所以即便在过去锂离子电池技术尚未发展起来的时候也只能和超级电容器结合使用在混动汽车中。

（五）镍氢电池

剔除了那些不合适的，能够应用于动力电池领域的只剩下了锂离子电池和镍氢电池。两者在新能源汽车的动力电池领域均有所应用，比如2012款的丰田普锐斯混动汽车使用的就是镍氢电池组，锂离子电池的应用则更加普遍。虽然镍氢电池成本稍低，但是其比能量只有50-85Wh/kg，而锂离子电池有90-260Wh/kg，因此同样质量的电池，使用锂离子电池的汽车续航里程就会高于镍氢电池，这也就是为什么镍氢电池一般只用于混动汽车，而锂离子电池却能做出超过500公里续航里程的model x。除了上述表内指标，镍氢电池使用范围越来越窄还与其充放电性能的表外因素有关。比如说早些时候充电电池的使用都会被告知充放电要放空后充满再使用，不能边冲边用就是因为镍氢电池本身材料的“记忆效应”问题，否则镍氢电池的容量就会越来越低，续航里程越来越短。与之相对，锂离子电池就没有这个问题，虽然其目前也存在诸如安全性相对一般，低温下输出功率较低等问题，但这些缺陷均有途径在未来得到解决，因而更为人们所看好，在其性能最优越的当下被最广泛地应用着。

结合前三期的内容，我们知道了所谓新能源汽车指的是使用以锂离子电池为主的动力电池汽车，而且该技术路线在未来五年内仍将占据绝对优势地位。那么我们就可以根据其技术路线，直下而上整理出一条新能源汽车产业链。未来方旭资本将沿着这条产业链，为大家继续梳理这个行业的发展趋势。