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动力电池的大洗牌时代

动力电池的大洗牌时代

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作者：
来源：新车网
时间：2019-01-13

时至今日，三元锂电池已成为汽车电动化的最核心元素，但面对将到来的动力电池大洗牌时代，它虽信心满满，但又似乎忧心忡忡。

诚然，各个行业都会在不同的时间节点开启洗牌工作。一成不变、不求革新之辈很容易被淘汰，相反，勇于创新、着眼未来的态度会让自身能力值更加强大。结果则很简单，前者被洗掉，后者将取代前者的位置。

20世纪70年代，锂离子电池这个概念首次被提出并开始被研究。时至今日，三元锂电池已成为汽车电动化的最核心元素。

然而，面对将到来的动力电池大洗牌时代，它信心满满，但又似乎忧心忡忡。因为技术，从不承认马太效应。

就目前的新能源汽车市场来看，我们最为熟知的是三元锂电池和磷酸铁锂电池，可以说，这两种动力电池撑起了现阶段的全球电动化发展之路。

不过，随着大家对于续航里程、充电时间、安全性等问题的愈发关注，“老家伙”们开始力不从心。人们在吐槽、抱怨、忍耐的同时，期盼着一种集高能量密度、高安全性、高效率充能、低成本于一身的电池类型早日出现。

“老家伙”腹背受敌，燃料电池、固态电池等“新势力”伺机而动，利用燃料电池驱动的车型几年前就已出现在市场当中。那么，在大洗牌时代到来之时，谁会被淘汰出局，谁继续苟延残喘，谁又将脱颖而出？

锂电池，最主流也最危险

准确来说，应该称之为“三元锂离子电池”（以下简称三元锂电池）。索尼公司在1991年发布了首个商用锂离子电池，革命性地改变了消费电子产品的发展之路。如今，锂离子电池是绝对的主流，3C市场一直依赖于它的存在，相对而言新能源汽车应用得则要晚一些。

不过正如前文所言，若不思进取，创新的浪潮早晚会将你拍打在落后的沙滩上。去年早些时候，世界上历史悠久的、最有名望的科学杂志《自然》刊登了一篇文章，题为《距离锂电子电池革命仅余10年》，这篇文章指出，锂离子电池性能和价格的演进速度正在放缓。

深究原因，无非有二：

一，技术瓶颈。电池，从本质上来说是一种能够将储存的化学能转化为电能的设备。所以，在晶体结构中可以储存的电量是有天花板的。就拿手机来说，随着硬件水平的不断提升，手机自身的技术与性能呈飞跃式发展，但配套锂电池的升级之路却依旧步履蹒跚。

较二十年前，可充电锂离子电池在电池组所储存能量方面提升了数倍，看似突飞猛进，实则远远不够，尤其是相对于芯片、软件等高新技术产业的更新速度。可以说，锂电池从被需求、不可替代、主流，慢慢得在朝“被替代”前进。

应用到新能源汽车上之后，这种“缓慢”就更加突显。车企们不可能在一款轿车上放入大量的三元锂电池，原因很简单——重量。随着车重的同步提升，实际续航能力的上扬曲线终将归于平直，再加上充电设施还未达到完善的程度，三元锂电池在动力电池领域的发展势必将率先走向抉择点。

其二，材料。决定三元锂电池性能的最主要因素是电池两极的材料，特别是正极材料。镍、钴、锰，这三种金属元素几乎主宰了一切。其中，镍元素最大的意义在于提升能量密度；钴的作用是稳定材料的层状结构，且能够提高材料的循环和倍率性能。

不可或缺，导致了没得选，这样一来，镍和钴的价格在2017年呈现出了持续激增的状态，市场供不应求。虽然在2018年下半年出现了下滑，但短期内的不可替代仍促使着价格蓄力反弹。多家正极材料企业和锂电池企业纷纷表示，基于成本原因，一定要寻找替代品。

“NCM811（镍：钴：锰=8:1:1））”的出现让三元锂电池可以有力回击质疑。原则上说，相对于已经成熟的“532”和“622”，811在镍的占比上进一步得到了提升，能量密度增加的同时，成本随之降低。随着未来的进一步发展，无钴锂电池也在逐步浮出水面。

但凡事都有两面性，NCM811也并非无懈可击。不止一个专家曾指出，镍比例越高，整个正极材料的热稳定性就越差。高温不稳定、低温效能低本来就是三元锂电池的短板，这样一来，安全性成为了必须要优先逾越的障碍。

于是很多动力电池企业将重心放在了安全性上，蜂巢能源科技有限公司全球营销副总裁Jeffrey Yambrick（严博瑞）对于NCM811十分看好，但也承认稳定性是必须要关注的问题：“NCM811关注的问题是如何在高温下保证稳定性，我们进行了优化。在蜂巢能源的研发团队通过正极材料的改进，使得正极材料能够在零下20—60摄氏度正常工作，高温140—150摄氏度使得阻抗增大3个数量级形成断路，保证电芯的安全。”

坦白讲，现在谈论三元锂电池的末日还为时过早，有朝一日一旦在材料上有所突破，亦或是在能量技术方面挑破了天花板，三元锂电池的技术优势将有望再一次得到发挥。

磷酸铁锂电池，何去何从

严格意义上说，磷酸铁锂电池也是锂电池的一种，其指的是用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。所以，其与三元锂离子电池最本质的区别在于正极材料。

磷酸铁锂电池相对于三元锂电池有着明显的短板——能量密度低，仅凭这一点，似乎就可以一板砖将其拍死。但是别忘了，磷酸铁锂电池的优势同样突出，之所以在新能源物流车、客车、货车上普遍采用磷酸铁锂电池，最大的原因就是因其高稳定性与低成本。

短期内，磷酸铁锂电池在小型城市代步车、商用车领域依旧有着稳定的市场，再加上2021年新能源车政策的取消，磷酸铁锂电池在成本方面的优势将更为受用。

尽管能量密度没有锂电池高，但磷酸铁锂电池自身并未停止升级的脚步，突破200Wh/kg并非痴人说梦。“在磷酸铁锂电池上还是有很多的空间可以继续开发出来，我们到现在一直没有放弃磷酸铁锂电池，不断的持续投入，我觉得这是一个正确的决策，做磷酸铁锂电池不会涉及到镍金属、钴金属等资源，所以有很大的发展。”国轩高科工程研究院总院院长蔡毅对磷酸铁锂电池的发展很有信心。

2017年，沃特玛对磷酸铁锂材料的使用量达到近2万吨，占据了近三成的市场份额。虽然在2018年，沃特玛受债务危机影响一蹶不振，需求端变得更加集中，供应体系变化很大。但是，比亚迪、贝特瑞、北大先行等企业却依旧计划进一步扩产，这也从侧面反映了动力电池企业对磷酸铁锂电池未来的一种预期。

新技术有戏没戏

“真正意义的能源安全就是氢能源，真正意义的新能源汽车是燃料电池汽车。”明天氢能董事长王朝云对于自己从事的新能源领域颇为自信。

之所以王朝云把燃料电池看作是真正的新能源，并不仅仅是因为他是相关从业者，更重要在于他对这项技术本质的理解。他表示，燃料电池只需要氢气和空气，有了氢就可以用燃料电池，可以通过电化学反应转化成电能和热。就这个观点而言，他说得不无道理。

我们身边的纯电动车用的是电驱动，电从哪里来？参考一年多前的数据，火电占全国发电量的比重为73.93%，水电占全国发电量的比重为18.26%。火力发电和水力发电，顾名思义，前者利用煤炭资源燃烧时产生的热能，通过发电动力装置转换成电能，后者则是将水能转换为电能。

不用多说大家都能明白，无论是源头的资源利用，还是后期的排放，大部分电力都不可能百分之百的实现清洁无污染，利用的也都是传统能源，所以何来新能源之说？

说回正题，作为氢燃料电池，其工作原理是电解水的逆反应，即将氢气和空气中的氧气进行化学反应，然后产生电能（电荷转移形成电流）和水，反应的地方便是燃料电池堆。氢燃料电池有两个特点需要特别关注，其一，其使用的是宇宙最为丰富的氢元素，不会存在资源枯竭的问题；其二，在整个工作过程中，排出的唯一废物是“水”，不存在污染问题。

此外，氢燃料电池车的加氢效率很高，基本上和加油的时间差不多。续航里程方面，目前量产的几款车型，如本田Clarity、丰田Mirai等均可以达到500公里以上。

但是，燃料电池也有它的问题：一个是成本，另一个是安全。在这里不做技术层面的赘述，举几个鲜活的例子：目前加氢站的成本至少需要2000万人民币左右，这还不算土地成本。由于氢燃料电池车需要完备的储氢设备，所以成本也很高。根据丰田和日产的日本官网显示，丰田Mirai在日本的售价要比日产LEAF贵上一倍。

此外安全也是大问题，氢不稳定，遇到空气可燃，并且无色无味，如果车内储氢瓶无法做到碰撞后的绝对密封，或是及时排出氢气，一旦发生车辆碰撞，后果将不堪设想。

王朝云认为，从现在的技术水平角度和性能角度来讲，中国氢燃料电池技术和日韩水平几乎接近。对于安全问题，他对技术层面很有信心，“我们的燃料电池，氢气跟空气可以隔离，要用的时候就用，不用的时候就隔离，隔离就不会燃烧爆炸。”

2018年底，全国政协副主席、致公党中央主席、中国科学技术协会主席万钢曾撰文表示，“纯电动汽车的短板是续驶里程和充电时间,尚不能满足量大面广的远程公交、双班出租、城市物流、长途运输等市场需求。为此,应及时把产业化重点向燃料电池汽车拓展。”虽然目前还存在这样那样的问题，但燃料电池的优势太过于突出，对企业们的诱惑太大，如果给它时间，规模化也并非完全不可能。