8月11日在比利时布吕热莱特拍摄的天堂动物园光伏停车场

　　不同化学元素之间的碰撞不断打开新的能量世界，全固态电池、钠离子电池、氢燃料电池……为了竞争未来市场主导权，各国企业已开始了新一轮竞速。

《环球》杂志记者/韩啸

　　稀有金属锂被广泛用于生产新能源汽车的充电电池。随着全球范围内电动汽车全面增产，锂电池的市场需求急剧增加，原材料锂金属价格也水涨船高——9月，1吨电池级碳酸锂的价格直逼15万元人民币，是去年同期的3倍左右。

　　锂资源在地壳中储量仅为0.002%，电池产业未来发展面临着资源约束的现实问题。更严峻的是，锂电池爆炸事件在全球屡见不鲜，让当前车载电池的安全性备受质疑。

　　传统锂电池之外，谁能掌握新一代电池技术？不同化学元素之间的碰撞不断打开新的能量世界，全固态电池、钠离子电池、氢燃料电池……为了竞争未来市场主导权，各国企业已开始了新一轮竞速。

后“锂”时代

　　传统锂电池技术的安全性一直为人诟病。据《日本经济新闻》近日报道，由韩国LG化学提供电池的美国通用汽车公司大规模召回了几种主力车型，预计最近一起召回事件造成的损失超过9亿美元。此前，因储能锂电池存在过热风险、可能引发火灾或冒烟，LG化学决定主动召回2017年1月至2019年3月所出售的储能锂电池产品，损失惨重。

　　迫切压力之下，一种被称为“后锂电池”的全固态电池走进各国车企视野。

　　全固态电池使用固体材料作为传输电的锂离子来回移动的电解质，与使用电解液的锂电池相比，不易发生短路，起火等风险较小。

　　值得注意的是，在科研领域，全固态电池技术已迎来进一步突破。美国休斯敦大学科研团队7月发表的报告称，通过溶剂辅助过程来改变电极微结构，可以将有机基固态锂电池的能量密度提高至以前的2倍。纯电动汽车的续航里程也将随之延长至此前的2倍。

　　数据显示，固态电池技术市场参与者已超过20家，包括大众、丰田、本田、宝马、松下等，其中日本丰田汽车以900余件全固态电池相关国际专利遥遥领先于世界其他车企。

　　9月7日，在丰田汽车召开的“丰田电池研发·供应”说明会上，首席技术官前田昌彦表示，该企业计划将全固态电池用于混合动力车型，2025年前后开始生产固态电池。去年6月，由丰田制造的搭载全固态电池的电动车在测试路线上进行了行驶试验。

　　德国车企也正加紧推进全固态电池产业化进程。大众汽车与位于美国硅谷的固态电池领军企业量子科技公司（QuantumScape）合作，承诺向后者投资3亿美元，并与其成立了一家合资企业，用于电池的商业化生产。宝马和福特则从2017年开始与美国初创企业Soild Power合作开发固态电池。据悉，宝马计划于2022年采购测试用电池，2025年之前开始对配备全固态电池的车辆进行路测。

　　中国两大电池生产巨头比亚迪和宁德时代也加入了固态电池竞争行列。2021年初，中国国家知识产权局公布了比亚迪的283项专利，其中涉及固态电池、电池热管理系统等多项技术。

　　如何将固态电池配备在电动汽车上？中国电动车制造商上海蔚来的表现颇为亮眼。今年1月9日，蔚来汽车在其一年一度的NIO Day（蔚来日）上发布了一款固态电池包产品，能量密度达360Wh/kg，预计将于2022年第四季度正式推出。搭载该电池包的ET7车型NEDC续航将超1000公里。

　　蔚来汽车电池系统助理副总裁曾士哲表示，虽然表述为固态电池，但其实际上为半固态电池，仍需使用电解液和隔膜。光大证券研报显示，全固态电池的规模化量产尚需时间，半固态电池成为液态电池向全固态电池过渡的中间产品。

“钠”“锂”同行

　　“电化学世界就像能量魔方，未知远远大于已知。”7月29日，全球最大的车载电池生产商宁德时代董事长曾毓群在一场线上发布会上如是说。

　　在这场发布会上，宁德时代推出了第一代钠离子电池，并宣布计划于2023年形成基本产业链。市场热烈反响下，钠离子电池紧接着迎来政策大礼包：8月25日，中国工业和信息化部发文表态，考虑将钠离子电池纳入有关发展规划和重点科技支持计划，尽快推动钠离子电池全面商业化。

　　业内人士认为，继铅蓄电池、锂离子电池等电化学储能体系后，钠离子电池开始崭露头角，有望推动新能源产业进一步发展和变革。

　　相较于锂离子电池，钠离子电池的优势得天独厚。钠是地壳中储量第6的元素，地理分布均匀、提炼简单、成本低廉。而锂资源储量不到钠的千分之一，且75%分布在美洲。各国还可以采用海水制备钠盐。另外，钠元素和锂元素属于同一主族元素，具有相似的物理化学特性及储存机制。宁德时代介绍，目前的锂电池生产设备亦可以用来生产钠电池。

　　但与此同时，钠离子的半径是锂离子的约1.3倍，在电池运行过程中，嵌入和脱出都更为困难，其产业化面临能量密度较低、循环寿命较短、配套供应链与产业链不完善等问题。

　　宁德时代研究院副院长黄起森介绍，第一代钠离子电池单体能量密度达160Wh/kg，高于行业平均水平的120~140Wh/kg，属于目前全球最高水平；在常温下充电15分钟内电量可达80%，零下20℃低温环境下仍有90%以上放电保持率；系统集成效率达80%以上，热稳定性表现优异；依托能让钠离子快速通行、具有独特孔隙结构的新材料，充放电循环可达3000次。

　　“第一代钠离子电池在低温性能和快充方面具有明显优势，特别是在高寒地区拥有高功率应用场景。”黄起森说。

　　为了弥补钠离子电池在现阶段的能量密度短板，发挥高功率低温性能优势，宁德时代开发出AB电池解决方案，实现钠离子电池与锂离子电池集成混合。黄起森透露，随着后续技术改进，宁德时代下一代钠离子电池能量密度将突破200Wh/kg。

　　“钠离子电池与锂离子电池相互兼容互补。”曾毓群说，“各具优势的化学材料体系能满足多元的电池市场应用场景。”

　　光大证券预计，2025年中国钠离子电池潜在应用场景的需求量为123吉瓦时（GWh），以磷酸铁锂电池价格计量，对应约537亿元人民币的市场空间。

　　相对于锂资源的稀缺，另一种稀有金属钴的不均衡分布问题更为显著。美国地质调查局2020年数据显示，目前探明的全球钴资源储量仅为692万吨，分布高度集中，且不可再生。2020年，全球约70%的钴产量来自刚果民主共和国。

　　作为动力电池的基本原料，钴资源成本高昂、产能不确定，因此无钴电池技术成为各国车企攻坚的重要方向。值得关注的是，全球首款无钴电池日前正式走出实验室。

　　7月29日，中国民营车企长城旗下的蜂巢能源在江苏举行无钴电池量产下线仪式，该企业成为全球首家突破无钴电池技术难关并实现量产的动力电池企业。8月末，蜂巢能源在成都国际车展上宣布，无钴电池包正式搭载长城欧拉首款SUV车型樱桃猫，实现量产装车。

　　“无钴电池的量产，将帮助全球尤其是中国动力电池行业摆脱对钴资源的长期依赖，避免其掣肘新能源汽车规模化发展。”蜂巢能源董事长、首席执行官杨红新指出，“去钴”还将帮助需要使用动力电池的新能源车企等大幅降低运营成本。

“氢”进万家

　　在众多车载动力电池技术各放异彩之时，还有另一条完全不同的技术道路——氢能：有人视之为真正的“绿色能源”，有人却不置可否。

　　作为一种介于化石能源和新能源之间的新能源，氢气制造工艺多、燃烧热值高，而且没有污染物排放。氢燃料汽车的优势也更加突出：氢燃料电池不受寒冷天气影响，续航能力强、补能快。但是，氢燃料电池制造、氢气生产及储存成本过高等因素一直制约着氢燃料汽车商业化之路。

　　面对未知的新能源世界，一些车企正在这条荆棘之路上跋涉。9月6日，在德国慕尼黑首届国际汽车及智慧出行博览会上，德国宝马推出一款氢燃料电池车，并计划于2022年实现小规模生产，这在一众纯电动车中格外醒目。这款车型可通过加氢发电，配有6千克容量的储氢罐，加氢过程仅需3~4分钟。

　　韩国现代汽车集团几乎同一时间宣布氢燃料电池新动作。9月7日，在氢之日Hydrogen Wave全球线上发布会上，该企业表示，预计到2030年实现氢燃料电池车的价格和纯电动汽车相当，经过在该领域20余年研发，氢燃料电池系统的成本已降低近98%。

　　现代汽车集团执行副总裁兼燃料电池业务负责人金世勋透露，该集团正在研发第三代氢燃料电池系统，拥有更长续航能力、价格降低50%以上，这一技术升级正是实现2030年氢燃料电池车在价格竞争力上媲美纯电动车目标的关键。

　　金世勋说，现代集团计划于2023年将此技术推向市场，而且将从商用车领域开始着手，向全球市场推出氢燃料电池和纯电动的客车、重卡等全种类新型商用车，在2028年率先成为全球首个旗下所有商用车型均搭载氢燃料电池系统的汽车厂商。

　　在现代集团、丰田汽车等车企的计划中，进一步布局氢燃料电池生产销售产业链是重要一环。今年3月，现代集团在广州成立了中国首家大型氢燃料电池系统生产专用工厂“HTWO广州”，预计2022年下半年竣工。去年6月，丰田与一汽、东风等企业合资成立丰田在海外的首家氢燃料电池系统研发公司。

　　全球新兴能源市场调研机构SNE Research数据显示，今年1~7月全球氢燃料电池汽车登记量突破1万辆，现代汽车销量位居第一，独揽半壁江山。从市场份额来看，得益于今年1月推出的NEXO表现强劲，现代汽车以51.2%的份额位居第一，丰田（40.1%）和本田（1.6%）紧随其后。

　　中国科学技术部副部长相里斌在“第三届世界新能源汽车大会”上表示，氢能是实现交通领域特别是重型商用车深度脱碳的重要方向，中国将针对行业重点，突破燃料电池产业化面临的寿命、成本、可靠性等难题，协同开展氢能全链条技术攻关，着力解决绿氢制取、储存和远距离运输的问题。

来源：2021年10月20日出版的《环球》杂志 第21期

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