2.5　節能與新能源汽車動力電池技術路線圖

以中國的節能與新能源汽車發展為例，眾多組織機構和企業對動力電池的發展路線做了預測。不同技術路線的節能與新能源汽車需要匹配不同類型的動力電池，后面以節能汽車、電動汽車（純電動及插電式混合動力汽車）和燃料電池汽車三種汽車類型分別對應的動力電池為例，討論未來可能的節能與新能源汽車動力電池技術路線。

1. 節能汽車動力電池技術路線

節能汽車廣泛采用鎳氫電池作為動力電池，而鎳氫電池的發展則伴隨著儲氫合金的發展。儲氫合金從構型上主要可以分為AB5、AB2、AB和A2B三大類。目前，主流的鎳氫電池正極材料采用氫氧化鎳，負極材料使用AB5型混合稀土儲氫合金粉，這也是如今商業化規模最大的鎳氫電池技術路線。未來儲氫合金發展方向，除了以現有合金材料為基礎，利用添加微量元素、改變合金組成比例，或改變合金結構（例如納米化）等方式，以改進合金特性外，開發新的合金也是主要的趨勢之一。在產品層面，湖南科霸汽車動力電池有限責任公司給出了車用鎳氫動力電池的技術發展路線，詳見表2-2。

2. 電動汽車動力電池技術路線

無論是何種動力電池技術路線，都離不開高安全、高比能、長壽命、低成本的總目標，都要以電池材料研發為核心，以能量型和能量功率兼顧型動力電池產品為重點，以先進制造技術裝備為保障，遠近結合，統籌推進新型鋰離子電池和新體系電池的研發和產業化。《節能與新能源汽車技術路線圖》認為，近期主要以提升現有體系電池性能為主，支撐目前電動汽車技術快速發展；中期以開發新體系電池為主，突破核心技術；遠期實現新體系電池的產業化（見表2-3）。

近期路線中，Si/C復合負極可使電池能量密度達300Wh/kg；中期路線是富鋰錳基正極+Si/C復合負極，這樣可實現400Wh/kg的能量密度；而長遠角度來講，采用鋰硫、鋰空氣等技術理論上可以將動力電池能量密度提升到500Wh/kg，這是現存的三個技術路線。實際上，鋰硫、鋰空氣電池與實際應用場景結合度很低，指導性不強。相比之下，為了實現500Wh/kg的能量密度，采用富鋰錳基正極+Si/C復合負極+固態電解質的技術路線則更為現實。

富鋰錳基正極具有較高的可實現容量（≥250mAh/g），是突破500Wh/kg的關鍵，但是其循環過程中存在嚴重的電壓衰減，導電倍率和循環性能還有待提高。通過化學組成的優化設計，調整Mn、Ni、Co的配比來抑制電壓衰減；表面改性，降低總堿量，減少材料有電解液的直接接觸，提高材料循環性能和倍率性能。這是目前改善富鋰錳基正極的主要工作。

對于Si/C復合負極，最大的問題就是在鋰離子脫嵌過程中，體積膨脹率太大，循環壽命低。其有效的解決途徑就是建立穩定的固/液界面，提高循環庫倫效率。為此，需要設計硅基負極的理想結構模型，可以通過這種類似的包裹結構來隔絕硅與電解質直接接觸。

3. 燃料電池汽車燃料電池堆技術路線

在燃料電池電堆方面，關鍵問題是解決大功率、高功率密度電堆開發中的高性能和低成本與長壽命之間的矛盾。通過開發高活性催化劑、超薄質子交換膜、薄金屬雙極板等高性能材料和部件，實現高性能和低成本的目的。同時，通過優化燃料電池電堆、膜電極和雙極板的結構設計，開發電堆低濕度操作的陽極水管理技術，使電堆內水、熱、氣分布更加穩定和合理，滿足長壽命的要求。

根據中國國情，受限于高昂的造價和有限的加氫站，氫燃料電池技術更適用于路線固定的商用車型：在加氫站周圍一定范圍內進行試運營，通過長時間試運營，不斷解決燃料儲運、燃料電池耐久、成本和整車可靠性等關鍵問題，并隨著政府的能源轉型、加氫站數量的增加及自身成本的降低，氫燃料電池車才能夠進入正式的運營階段，最后普及到乘用車上。

目前，燃料電池汽車主要的技術瓶頸為燃料電池功率難以提升，多用于場館內的短途低速行駛工況，不適用于開放道路的復雜工況。對此，《節能與新能源汽車路線圖》針對燃料電池汽車規劃的總體思路見表2-4，具體內容如下。

近期（5年內）以中等功率燃料電池與大容量動力電池的深度混合動力構型為技術特征，實現燃料電池汽車在特定地區的公共服務應用；

中期（10年內）以大功率燃料電池與中等容量動力電池的電電混合為特征，實現燃料電池汽車的較大規模批量化商業應用；

遠期（15年內）以全功率燃料電池為動力特征，在私人乘用車、大型商用車領域實現百萬輛規模的商業推廣；以可再生能源為主的氫能供應體系建設與規模擴大支撐燃料電池汽車規模化發展。