鋰電世界  幾個(gè)月前，特斯拉CEO“給力哥”Elon·Musk在德國(guó)接受外媒采訪(fǎng)時(shí)將燃料電池（Fuel Cell）稱(chēng)為“傻瓜電池”（Fool Cell），并表示：“他們非常愚蠢，就算從理論上實(shí)現(xiàn)燃料電池的最佳性能，也無(wú)法同今天的鋰離子電池抗衡?！彼€指出鋰離子電池還有很大潛力沒(méi)有發(fā)掘。

    而另外一方面，通用汽車(chē)和豐田等多家車(chē)企巨頭各自同合作伙伴簽訂合作開(kāi)發(fā)燃料電池協(xié)議，計(jì)劃未來(lái)數(shù)年內(nèi)推出燃料電池車(chē)投入實(shí)用。早在2011年豐田就在東京車(chē)展上就亮相了FCV-R氫燃料電池概念車(chē)，今年?yáng)|京車(chē)展則將展出量產(chǎn)型號(hào)。豐田公司同寶馬簽署協(xié)議在四個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行合作，其中就包括燃料電池。

    除了豐田，通用汽車(chē)和本田汽車(chē)宣布將聯(lián)合開(kāi)發(fā)下一代燃料電池技術(shù)，以便2020年投放到市場(chǎng)。韓國(guó)現(xiàn)代汽車(chē)已經(jīng)率先投產(chǎn)燃料電池車(chē)，福特、戴姆勒和雷諾-日產(chǎn)正合作開(kāi)發(fā)燃料電池技術(shù)。

    豐田表示，即將量產(chǎn)的燃料電池車(chē)售價(jià)大約接近寶馬5系或者特斯拉Model S，大約為5萬(wàn)美元左右，一次加注燃料續(xù)航里程高達(dá)300英里（483公里）。因而性?xún)r(jià)比具有較高的競(jìng)爭(zhēng)力。

    那么到底是特斯拉的給力哥對(duì)，還是豐田以及一眾車(chē)廠(chǎng)對(duì)，為什么會(huì)有燃料電池和鋰離子電池之爭(zhēng)，未來(lái)電動(dòng)車(chē)的動(dòng)力之源會(huì)是什么呢？我們來(lái)做一個(gè)深度解讀。

    電動(dòng)車(chē)和傳統(tǒng)汽車(chē)

    現(xiàn)在林林總總的電動(dòng)車(chē)，其實(shí)是傳統(tǒng)汽車(chē)的一個(gè)延續(xù)，人們做的，只是把傳統(tǒng)汽車(chē)動(dòng)力部分、燃油部分換成了電機(jī)和電池。

    電動(dòng)車(chē)的歷史其實(shí)非常非常悠久，1839年，蘇格蘭的羅伯特·安德森給四輪馬車(chē)裝上了電池和電動(dòng)機(jī)，將其成功改造為世界上第一輛靠電力驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛。內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的發(fā)明時(shí)間則要推遲到四十余年之后的1885年10月，卡爾·奔馳設(shè)計(jì)制造了世界上第一輛三輪汽油汽車(chē)，同年戈特利布·戴姆勒也制造出了一部四輪汽油汽車(chē)。兩人各自成立了自已的汽車(chē)公司，1926年兩家合并為戴姆勒-奔馳汽車(chē)公司。

    電動(dòng)車(chē)在歷史上經(jīng)歷過(guò)三個(gè)發(fā)展期，1885年到1915年是電動(dòng)車(chē)的第一次黃金時(shí)期。這一期間，由于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)相當(dāng)落后，行駛里程短，故障多，維修困難，不及電動(dòng)車(chē)，因此電動(dòng)車(chē)在這一時(shí)期被普遍認(rèn)可。當(dāng)時(shí)美國(guó)總統(tǒng)的座駕就是電動(dòng)車(chē)，而不是內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)。

    第二個(gè)階段是60年代，中東戰(zhàn)爭(zhēng)引發(fā)石油危機(jī)的大背景下，美國(guó)通用汽車(chē)公司與福特汽車(chē)公司分別研發(fā)了新型電動(dòng)汽車(chē)。雪鐵龍、標(biāo)致則將現(xiàn)有車(chē)型改裝成小型電動(dòng)汽車(chē)。以此為契機(jī)，全球掀起了電動(dòng)車(chē)熱潮。

    第三個(gè)階段是20世紀(jì)90年代后，隨著鋰電池技術(shù)的進(jìn)步，成本的降低，電動(dòng)車(chē)的性能有了巨大提升。最終實(shí)現(xiàn)了特斯拉、日產(chǎn)等的量產(chǎn)電動(dòng)車(chē)。

    從電動(dòng)車(chē)的歷史可以看出，電動(dòng)車(chē)和傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)，實(shí)際上是平行發(fā)展，互相競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系。當(dāng)電動(dòng)車(chē)的性能、成本、用戶(hù)體驗(yàn)高于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的時(shí)候，電動(dòng)車(chē)就有一個(gè)黃金發(fā)展期，而當(dāng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)進(jìn)步，體驗(yàn)超過(guò)電動(dòng)車(chē)時(shí)，電動(dòng)車(chē)就歸于沉寂。

    電動(dòng)車(chē)性能的關(guān)鍵因素：動(dòng)力電池

    對(duì)于電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，性能、成本、用戶(hù)體驗(yàn)?zāi)芊駢旱箖?nèi)燃機(jī)汽車(chē)，關(guān)鍵在于動(dòng)力電池。

    我們知道，汽車(chē)能跑，是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱工作，給汽車(chē)提供動(dòng)力，電動(dòng)車(chē)能跑是電池和電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。電機(jī)技術(shù)經(jīng)過(guò)百年的發(fā)展，已經(jīng)非常非常成熟。

    無(wú)論是單位重量的功率、還是效率、壽命、成本、控制，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于發(fā)動(dòng)機(jī)。同等功率的電機(jī)往往比發(fā)動(dòng)機(jī)便宜，壽命更長(zhǎng)，維護(hù)保養(yǎng)也更簡(jiǎn)單。理論上電動(dòng)車(chē)應(yīng)該遠(yuǎn)比內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)更有競(jìng)爭(zhēng)力，而問(wèn)題的關(guān)鍵就卡在電池上。

    眾所周知，汽車(chē)運(yùn)動(dòng)是需要能量的，內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的能量來(lái)自于汽油或者柴油的燃燒，熱能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能。而電池通過(guò)電機(jī)，把電能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能。而現(xiàn)在電動(dòng)車(chē)遇到的問(wèn)題就是同樣的重量，同樣的體積，電池提供的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于汽油和柴油，也就是能量密度低。

    所以，同樣跑300公里，汽油車(chē)只需要30升的油箱，只需要20多公斤汽油，而即使采用了先進(jìn)鋰離子電池的電動(dòng)車(chē)，也要600多公斤的巨大電池包，還不算保護(hù)電路，電池包本身的保護(hù)的重量。

    如果用鉛酸電池，則需要1噸到2噸的沉重電池包，而一輛家用轎車(chē)正常的重量也不過(guò)1噸多。

    除了能量密度，電池還有一個(gè)功率密度的概念，動(dòng)力電池能夠釋放的最大電流是有限的，電壓是有限的。即使電動(dòng)機(jī)功率很高，電池瞬間放電能力不行，也會(huì)影響電動(dòng)車(chē)的性能。

    動(dòng)力電池的分類(lèi)

    目前，電動(dòng)車(chē)用的動(dòng)力電池種類(lèi)其實(shí)非常多，但是真正實(shí)用化的并不多。因?yàn)楹芏嚯姵囟加羞@樣或者那樣的問(wèn)題。世界上大部分廠(chǎng)商都選擇了鋰電池，細(xì)節(jié)材料上有使用三元鋰電池的，有使用磷酸鐵鋰的，有使用錳酸鋰的，但是它們都可以歸結(jié)到鋰電池的范疇，需要充電放電，有循環(huán)次數(shù)。

    氫燃料電池和鋅空氣電池都不是充電電池，是靠消耗其他材料（氫氣，鋅）產(chǎn)生電能，需要添加其他材料才能維持運(yùn)行，更類(lèi)似傳統(tǒng)燃油車(chē)加油的概念。

    還有幾種比較另類(lèi)的電池，一般當(dāng)作動(dòng)力電池的輔助使用。下面我們就來(lái)詳細(xì)說(shuō)說(shuō)各類(lèi)電池的特點(diǎn)和用于汽車(chē)的優(yōu)劣。

    （一）氫燃料電池

    首先我們來(lái)看被“給力哥”諷刺為傻瓜電池的氫燃料電池。燃料電池并不是一個(gè)新東西，它的歷史可以追溯到1838年，德國(guó)化學(xué)家提出了燃料電池的理論。真正實(shí)現(xiàn)商用化則是1955年的事情，美國(guó)通用電氣的工程師造出來(lái)實(shí)用化的氫燃料電池，隨即就應(yīng)用了到美國(guó)太空探索的雙子星計(jì)劃（題外話(huà)，有興趣的可以搜索一下紀(jì)錄片《從地球到月球》，看看美國(guó)人的雙子星計(jì)劃，阿波羅計(jì)劃，再看看中國(guó)的神舟計(jì)劃，嫦娥計(jì)劃）。

    1991年發(fā)展出來(lái)可以應(yīng)用于汽車(chē)的氫燃料電池，這就是今天氫燃料電池的來(lái)源。

    相對(duì)于其他電池，氫燃料電池最大的優(yōu)勢(shì)是能量密度極高，實(shí)驗(yàn)室可以做到3千瓦時(shí)每公斤，比其他類(lèi)型的電池都高很多。用于汽車(chē)可以以更小的體積和重量，提供更長(zhǎng)時(shí)間的續(xù)航。

    但是，氫燃料電池也存在問(wèn)題：

    一是價(jià)格，氫燃料電池的核心零件是質(zhì)子交換膜和鉑催化劑，都是非常昂貴的材料，用在不計(jì)成本的航天可以，用在汽車(chē)上昂貴的價(jià)格讓氫燃料電池普及困難，即使到2015年，豐田也只敢說(shuō)整車(chē)5萬(wàn)美元，30多萬(wàn)人民幣。而目前的價(jià)格是150萬(wàn)到200萬(wàn)人民幣，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃油車(chē)和鋰電池的電動(dòng)車(chē)；

    二是燃料的來(lái)源和儲(chǔ)存，氫燃料電池需要?dú)錃猓瑲錃獗旧聿](méi)有產(chǎn)業(yè)鏈支撐，制造，運(yùn)輸，儲(chǔ)存，加注都極不方便，成本又很高，危險(xiǎn)還很大，相比燃油車(chē)和鋰電池車(chē)成熟度太低。

    從用戶(hù)體驗(yàn)角度，氫燃料電池車(chē)還有很長(zhǎng)的路要走。給力哥諷刺氫燃料電池為“傻瓜電池”，也不是完全沒(méi)有道理。

    （二）鋅空氣電池

    鋅空氣電池的歷史也很悠久，可以追溯到1878年。鋅空氣電池更加類(lèi)似我們所實(shí)用的干電池，實(shí)際上在很多領(lǐng)域，鋅空氣電池也在替代干電池。

    鋅空氣電池的能量密度較高，可以達(dá)到每公斤0.3千瓦時(shí)，比鋰電池高一，并且價(jià)錢(qián)便宜，鋅材料比鋰便宜的多。

    但是鋅空氣電池也有兩個(gè)問(wèn)題：

    首先功率密度低，使用鋅空氣電池的電動(dòng)車(chē)的雖然續(xù)航里程不遜色于鋰電池電動(dòng)車(chē)，但是加速、爬坡性能都很糟糕，實(shí)用性不佳；

    其次產(chǎn)業(yè)鏈不匹配，鋅空氣電池和氫燃料電池類(lèi)似，也需要更換材料，鋅空氣電池需要把氧化鋅更換為金屬鋅，這就需要從發(fā)電廠(chǎng)，到電解鋅工廠(chǎng)，鋅電池制造廠(chǎng)，到汽車(chē)換電池站等一系列的產(chǎn)業(yè)鏈配套。這些都要從頭開(kāi)始，同樣遠(yuǎn)不如鋰電池成熟，要實(shí)用化也需要走很長(zhǎng)的路。

    （三）飛輪電池

    飛輪電池是最近幾十年才發(fā)展出來(lái)的新型電池，它不是傳統(tǒng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的化學(xué)電池，而是內(nèi)部有一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的飛輪，靠飛輪動(dòng)能儲(chǔ)存能量的電池。

    飛輪電池沒(méi)有化學(xué)物質(zhì)，不存在爆炸燃燒之類(lèi)的安全性問(wèn)題，也不怕溫度變化，環(huán)境惡劣，循環(huán)壽命非常長(zhǎng)。更可貴的是飛輪電池有極高的功率密度，達(dá)到5－10KW/kg，遠(yuǎn)高于其他類(lèi)型的電池，盡管能量密度和鋰電池差不多，但是高功率密度可以帶來(lái)極好的汽車(chē)加速性能，在能量回收的時(shí)候，也就可以承受更大的功率。

    在保時(shí)捷918的概念車(chē)上，副駕駛位置就是一個(gè)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)飛輪電池唯一的缺點(diǎn)就是貴，技術(shù)上，性能指標(biāo)上，安全性上，飛輪電池都很適合汽車(chē)使用，但是高昂的價(jià)格注定它只可能出現(xiàn)在豪華車(chē)或者超跑上，而不能進(jìn)入大眾用汽車(chē)。

    （四）鋰電池

    鋰電池的歷史可以追溯到70年代，是目前應(yīng)用最廣泛的電池。

    汽車(chē)用的動(dòng)力鋰電池，其實(shí)也分好幾類(lèi)，特斯拉最新用的松下電池已經(jīng)是三元鋰電池了，三元鋰電池的能量密度、功率密度、安全性比較均衡，是中庸之選。

    特斯拉的優(yōu)勢(shì)是，用軟件的辦法，解決了充放電過(guò)程中的安全性問(wèn)題。使得本來(lái)不偏重安全的三元鋰電池可以應(yīng)用于汽車(chē)。

    但是特斯拉的電源管理技術(shù)解決不了穿刺問(wèn)題，只能靠加強(qiáng)電池包的保護(hù)來(lái)解決，遇到極端碰撞，強(qiáng)大的沖擊力擊破電池包的保護(hù)，特斯拉依然會(huì)起火爆炸，只是高強(qiáng)度的保護(hù)給了車(chē)主逃生的時(shí)間。

    磷酸鐵鋰（也就是比亞迪所謂的鐵電池）是應(yīng)用比較廣泛的電池，它的優(yōu)勢(shì)是安全性相對(duì)比較好，盡管也有事故，但是相對(duì)其他鋰電池已經(jīng)是最好的了。它的功率密度比較好，可以大倍率放電，有不錯(cuò)的加速性能。在循環(huán)壽命方面磷酸鐵鋰也有優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)期使用成本相對(duì)較低。

    磷酸鐵鋰的缺點(diǎn)是能量密度相對(duì)較低，同樣重量續(xù)航里程沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。此外，低溫性能比較差，冷天電量會(huì)損失很多。

    綜合看，磷酸鐵鋰還是被一致看好的動(dòng)力電池。

    錳酸鋰電池，日本企業(yè)用的很多，優(yōu)點(diǎn)是低溫性能比較好，低溫電量損失沒(méi)有磷酸鐵鋰那么嚴(yán)重，價(jià)格也便宜，安全性不如磷酸鐵鋰，但是還不錯(cuò)。但是材料本身不太穩(wěn)定，容易產(chǎn)生氣體。

    從目前的技術(shù)看，氫燃料電池、鋅空氣電池都需要新建一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)支撐，這需要很長(zhǎng)的時(shí)間和大量的投資，而且兩者都有弱點(diǎn)，競(jìng)爭(zhēng)力很弱，很長(zhǎng)一段時(shí)間不會(huì)有什么希望。

    飛輪電池性能優(yōu)異，但是價(jià)格昂貴，如果能找到大幅度降低成本的辦法，飛輪電池是最適合電動(dòng)車(chē)的，可惜目前還沒(méi)有找到的跡象。這就決定未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間，飛輪電池只能出現(xiàn)在一些超高價(jià)的豪華車(chē)和超跑上。

    鋰電池從發(fā)明以來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)化的擴(kuò)充，每年都有小幅度的降價(jià)和容量提升。

    特斯拉在2012年以后火爆，并不是特斯拉的技術(shù)領(lǐng)先多少，日本在2005年就開(kāi)發(fā)出來(lái)了性能比特斯拉Model S更優(yōu)異的Eliica，但是當(dāng)時(shí)鋰電池的高昂價(jià)格注定這個(gè)產(chǎn)品只是試驗(yàn)品。

    比亞迪正在開(kāi)發(fā)性能不遜色于特斯拉Model S的E9，而做為電動(dòng)車(chē)和燃油車(chē)過(guò)度的插電混合動(dòng)力車(chē)，比亞迪秦馬上上市，寶馬混合動(dòng)力的i3、i8都要上市，保時(shí)捷918也已經(jīng)預(yù)訂。這背后就是2013年鋰電池的價(jià)格已經(jīng)降低到一個(gè)可以接受的范圍。

    未來(lái)幾年，隨著鋰電池價(jià)格的進(jìn)一步下降和容量的進(jìn)一步提升，電動(dòng)車(chē)、插電混合動(dòng)力車(chē)會(huì)越來(lái)越便宜，性能越來(lái)越好，電動(dòng)車(chē)取代燃油車(chē)的進(jìn)程才剛剛開(kāi)始。