鉅大LARGE | 點擊量：765次 | 2021年11月13日
六大動力鋰電池技術(shù)，誰才是新能源汽車的未來？
1、理想的鋁空氣電池車
鋁空氣電池
假如說有什么還原劑可以在能量密度方面和碳氫化合物媲美，那么大家會不約而同地將目光投向元素周期表的特定位置——那些“小而美”的活潑金屬；假如說有什么氧化劑大量、廉價、易得，那么空氣幾乎是所有人心中的不二之選。這就是身兼二者優(yōu)點的金屬空氣電池，尤其是以地殼中極其豐富的鋁相關(guān)原料作為負極的鋁空氣電池，吸引一批又一批研究者全情投入的原因。
首先，成功的鋁空氣電池可以解決車輛續(xù)航問題。鋁負極和空氣正極的組合就是能量密度的最佳代言。
其次，成功的鋁空氣電池可以解決車輛充能問題。采用更換負極方式的鋁空氣電池“機械充能”相比傳統(tǒng)燃油車的燃油加注毫不遜色，簡直和鋼鐵俠的能量塊相同便捷迅速。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
再次，成功的鋁空氣電池基礎(chǔ)設(shè)施易用易建?？拷稍偕茉促Y源中心的電解鋁設(shè)施配上發(fā)達的貨運網(wǎng)絡(luò)，再加上堪比便利店的“機械充能”站，結(jié)合金屬鋁常溫下的表面惰性和鋁氧化物的環(huán)境友好、易回收特性，幾乎可以構(gòu)建一個完美的能源交通網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)。
即便在整體能量循環(huán)效率方面不及鋰電的充電樁、換電站，鋁空氣電池車僅憑借上述三方面的優(yōu)勢就能“統(tǒng)治”能源與交通的未來。
然而，實現(xiàn)鋁空氣電池技術(shù)的應(yīng)用存在相當(dāng)大的技術(shù)難度，例如鋁負極的腐蝕抑制、正極吸氧催化劑的研究與設(shè)計等多重難題待解。
2、“開掛”的鋰硫電池車
鋰硫電池工作原理示意圖
告別里程焦慮、不想換電只想充電、鋰電的最終形態(tài)、毀譽參半的研究熱點……以上描述都指向同一種技術(shù)，那就是鋰硫電池技術(shù)。
讓電池毫不遜色于油箱——成功的鋰硫電池同樣可以解決續(xù)航問題，這也是其概念在誕生之時就已具備的優(yōu)點。
首先，成功的鋰硫電池能讓車輛告別充電的煩惱。
其次，成功的鋰硫電池可與常規(guī)鋰電車輛的基礎(chǔ)設(shè)施通用，且憑借其優(yōu)秀的續(xù)航里程更是淡化了對快充技術(shù)的需求。
不過，和鋁空氣電池相同，鋰硫電池技術(shù)也充滿著不確定性。電極結(jié)構(gòu)的顯著變化、多硫化物的穿梭效應(yīng)、難于控制的副反應(yīng)等問題，都在阻礙著鋰硫電池技術(shù)從實驗室走向市場。
3、拓荒的燃料動力鋰電池車
本田Clarity燃料動力鋰電池車的結(jié)構(gòu)
豐田Mirai燃料動力鋰電池車自推出以來已經(jīng)實現(xiàn)了試驗車約10萬公里安全運行，等待它的將是20萬公里或更長的續(xù)航里程挑戰(zhàn)。不過假如能為燃料動力鋰電池搭配適量的鋰電，這種增程式燃料動力鋰電池車或許會更靠譜。
在完善的設(shè)計條件下，燃料動力鋰電池車的安全性其實不是問題——開放環(huán)境下氫氣迅速向上散逸。再者，哪種續(xù)航里程長的車輛不是燃料包呢？
更值得擔(dān)心的問題應(yīng)該是燃料動力鋰電池電堆的壽命、對鉑基催化劑的依賴導(dǎo)致的高成本，還有“電-氫-電”能量轉(zhuǎn)化路徑的低效。和同樣規(guī)格的鋰電車相比，燃料動力鋰電池車的成本更高，一次能源消耗量基本處于對方2倍的水平。加之氫氣、液氫均不太適合長距離運輸和儲存，所以燃料動力鋰電池車理論上并不會像鋁空氣電池車那樣實現(xiàn)大范圍的能源交通網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)。
4、挑戰(zhàn)的固態(tài)鋰電車
固態(tài)鋰離子電池的基本結(jié)構(gòu)
將當(dāng)前鋰離子動力鋰離子電池中的六氟磷酸鋰基電解液替換成固態(tài)電解質(zhì)，那么對應(yīng)車輛的續(xù)航里程、安全性和環(huán)境友好程度等都可以得到進一步的提升。可以說，固態(tài)鋰電車是使用傳統(tǒng)正極體系的鋰電車的最終形態(tài)。除高校、研究所之外，已有多家動力鋰離子電池車產(chǎn)業(yè)鏈上的公司投入巨大精力進行有關(guān)技術(shù)研發(fā)。
目前來看，固態(tài)鋰電的技術(shù)成熟度高于鋁空氣、鋰硫電池，但相比于燃料動力鋰電池則尚有不及。
相比于現(xiàn)有鋰電車，固態(tài)鋰電車的續(xù)航里程預(yù)計將有較大幅度的進步，雖然可能比不過傳統(tǒng)燃油車輛，但可極大緩解里程焦慮問題。因為在倍率性能方面存在短板，所以固態(tài)鋰電車的充電時間較長。
此外，將功率型常規(guī)鋰電和高能量密度固態(tài)鋰電共同使用，也可以構(gòu)建鋰電車的“插電混動”體系。
當(dāng)然，功率型鋰電的快充需求對現(xiàn)行電力系統(tǒng)的沖擊（在規(guī)?？偭枯^大、充電無序時）是必須認真對待的。
為了實現(xiàn)固態(tài)鋰電技術(shù)的推廣應(yīng)用，“電解質(zhì)-電極”固態(tài)界面的行為、非高溫環(huán)境下倍率性能的改善、不同批次電池的性能可重復(fù)性等問題都有待解決。誠然解決方法充滿挑戰(zhàn)，但挑戰(zhàn)同樣意味著更美好的可能。
5、前瞻的進步鋰電車
21700三元鋰離子電池
將現(xiàn)行鋰離子電池的正負極在保證安全性的條件下向高鎳三元材料、硅碳復(fù)合材料等高比容方向調(diào)整，優(yōu)化電池規(guī)格，逐步建立電池回收利用體系，結(jié)合整車平臺以電池為基礎(chǔ)的重新設(shè)計和車身輕量化，并大力建設(shè)輸配充換電智能基礎(chǔ)設(shè)施等多重前瞻因素，我們可以看到，鋰電車已有了相當(dāng)程度的進步。
綜合來看，未來十年內(nèi)，行業(yè)將面對洗牌。洗牌過后，存活下來的鋰電公司將登上視野范圍之內(nèi)的技術(shù)高地，讓鋰電車產(chǎn)業(yè)走向成熟，并將我國乃至全球的新能源車保有量擴大至可以預(yù)見的相當(dāng)份額。
6、現(xiàn)實的常規(guī)鋰電車
寶馬i3
缺少專屬的電動汽車平臺、冬季尤甚的里程焦慮、仍顯不足的基礎(chǔ)設(shè)施、層出不窮的“騙補”事件、補貼退坡后的陣痛、尚待論證的梯次利用和資源回收研究……這些都是常規(guī)鋰離子電池車正在面對的煩惱。
它可能是諸多大城市減少污染的最優(yōu)選擇，也背負著“電從煤來”、“轉(zhuǎn)移污染”的罵名。
它真的承擔(dān)著“彎道超車”、改善環(huán)境狀況的新興產(chǎn)業(yè)期許，也有著性能短板較多、續(xù)航里程不足，尤其是回收體系尚未建立等諸多弊端。
它要改進的地方太多，但我們總應(yīng)該相信，路在腳下，腳比路長。
結(jié)語
未來等待我們的，可能是夢想中的時代——鋁空氣電池車、鋰硫電池車都能得到廣泛普及，可再生能源在交通系統(tǒng)中的應(yīng)用形成了真正的閉環(huán)，燃油車被徹底淘汰；也或許會是固態(tài)鋰電、燃料動力鋰電池和混合動力三大技術(shù)諸侯爭霸的時代；再或者，可能會是一個不美好的時代——鋰離子電池車的里程焦慮仍在，人們抱怨油價高昂、動力鋰離子電池回收成難題……
未來取決于我們的選擇，但不論如何，我們都不該在燃油車時代止步不前。
