2.5　节能与新能源汽车动力电池技术路线图

以中国的节能与新能源汽车发展为例，众多组织机构和企业对动力电池的发展路线做了预测。不同技术路线的节能与新能源汽车需要匹配不同类型的动力电池，后面以节能汽车、电动汽车（纯电动及插电式混合动力汽车）和燃料电池汽车三种汽车类型分别对应的动力电池为例，讨论未来可能的节能与新能源汽车动力电池技术路线。

1. 节能汽车动力电池技术路线

节能汽车广泛采用镍氢电池作为动力电池，而镍氢电池的发展则伴随着储氢合金的发展。储氢合金从构型上主要可以分为AB5、AB2、AB和A2B三大类。目前，主流的镍氢电池正极材料采用氢氧化镍，负极材料使用AB5型混合稀土储氢合金粉，这也是如今商业化规模最大的镍氢电池技术路线。未来储氢合金发展方向，除了以现有合金材料为基础，利用添加微量元素、改变合金组成比例，或改变合金结构（例如纳米化）等方式，以改进合金特性外，开发新的合金也是主要的趋势之一。在产品层面，湖南科霸汽车动力电池有限责任公司给出了车用镍氢动力电池的技术发展路线，详见表2-2。

表2-2　汽车镍氢动力电池技术路线

2. 电动汽车动力电池技术路线

无论是何种动力电池技术路线，都离不开高安全、高比能、长寿命、低成本的总目标，都要以电池材料研发为核心，以能量型和能量功率兼顾型动力电池产品为重点，以先进制造技术装备为保障，远近结合，统筹推进新型锂离子电池和新体系电池的研发和产业化。《节能与新能源汽车技术路线图》认为，近期主要以提升现有体系电池性能为主，支撑目前电动汽车技术快速发展；中期以开发新体系电池为主，突破核心技术；远期实现新体系电池的产业化（见表2-3）。

表2-3　电动汽车动力电池技术路线

近期路线中，Si/C复合负极可使电池能量密度达300Wh/kg；中期路线是富锂锰基正极+Si/C复合负极，这样可实现400Wh/kg的能量密度；而长远角度来讲，采用锂硫、锂空气等技术理论上可以将动力电池能量密度提升到500Wh/kg，这是现存的三个技术路线。实际上，锂硫、锂空气电池与实际应用场景结合度很低，指导性不强。相比之下，为了实现500Wh/kg的能量密度，采用富锂锰基正极+Si/C复合负极+固态电解质的技术路线则更为现实。

富锂锰基正极具有较高的可实现容量（≥250mAh/g），是突破500Wh/kg的关键，但是其循环过程中存在严重的电压衰减，导电倍率和循环性能还有待提高。通过化学组成的优化设计，调整Mn、Ni、Co的配比来抑制电压衰减；表面改性，降低总碱量，减少材料有电解液的直接接触，提高材料循环性能和倍率性能。这是目前改善富锂锰基正极的主要工作。

对于Si/C复合负极，最大的问题就是在锂离子脱嵌过程中，体积膨胀率太大，循环寿命低。其有效的解决途径就是建立稳定的固/液界面，提高循环库伦效率。为此，需要设计硅基负极的理想结构模型，可以通过这种类似的包裹结构来隔绝硅与电解质直接接触。

3. 燃料电池汽车燃料电池堆技术路线

在燃料电池电堆方面，关键问题是解决大功率、高功率密度电堆开发中的高性能和低成本与长寿命之间的矛盾。通过开发高活性催化剂、超薄质子交换膜、薄金属双极板等高性能材料和部件，实现高性能和低成本的目的。同时，通过优化燃料电池电堆、膜电极和双极板的结构设计，开发电堆低湿度操作的阳极水管理技术，使电堆内水、热、气分布更加稳定和合理，满足长寿命的要求。

根据中国国情，受限于高昂的造价和有限的加氢站，氢燃料电池技术更适用于路线固定的商用车型：在加氢站周围一定范围内进行试运营，通过长时间试运营，不断解决燃料储运、燃料电池耐久、成本和整车可靠性等关键问题，并随着政府的能源转型、加氢站数量的增加及自身成本的降低，氢燃料电池车才能够进入正式的运营阶段，最后普及到乘用车上。

目前，燃料电池汽车主要的技术瓶颈为燃料电池功率难以提升，多用于场馆内的短途低速行驶工况，不适用于开放道路的复杂工况。对此，《节能与新能源汽车路线图》针对燃料电池汽车规划的总体思路见表2-4，具体内容如下。

表2-4　燃料电池汽车燃料电池堆技术路线

近期（5年内）以中等功率燃料电池与大容量动力电池的深度混合动力构型为技术特征，实现燃料电池汽车在特定地区的公共服务应用；

中期（10年内）以大功率燃料电池与中等容量动力电池的电电混合为特征，实现燃料电池汽车的较大规模批量化商业应用；

远期（15年内）以全功率燃料电池为动力特征，在私人乘用车、大型商用车领域实现百万辆规模的商业推广；以可再生能源为主的氢能供应体系建设与规模扩大支撑燃料电池汽车规模化发展。