和鋰離子電池，哪種技術路線更優越、更具競爭力，業界一直存在爭議。隨著技術的進步，在未來的競爭格局中，哪個將有機會最終勝出？

新能源汽車，電池是關鍵，也決定了該新能源汽車的類別。在電動汽車中，鋰離子電池是現階段最為成熟、性能較為穩定、應用最為廣泛的動力鋰電池。

隨著燃料動力電池的不斷發展，目前行業內已經形成了初步的共識，新能源汽車未來將是以鋰離子電池作為主動力鋰電池的新能源汽車和以燃料動力電池為主動力鋰電池新能源汽車共存的局面。

今年七月十日，我國汽車工業協會公布了六月汽車產銷數據。我國汽車產銷量分別為189.5萬輛和205.6萬輛，同比分別下降17.3%和9.6%，為持續12個月銷量下降。

但在新能源汽車方面，六月份當月純電動汽車產銷分別完成11.3萬輛和12.9萬輛，比上年同期分別上升78.0%和106.7%。

燃料動力電池汽車產銷分別完成508輛和484輛，比上年同期分別上升9.8倍和14.6倍。

1-六月，純電動汽車產銷分別完成49.3萬輛和49.0萬輛，比上年同期分別上升57.3%和56.6%。

燃料動力電池汽車產銷分別完成1170輛和1102輛，比上年同期分別上升7.2倍和7.8倍。

從以上數據及往年各年數據可知，新能源汽車成為我國汽車行業未來的主流是大勢所趨，那么作為未來兩種新能源主流車核心的兩種動力鋰電池，各自有什么特點以及各方面的性能比較是如何的呢？

鋰離子電池

鋰離子電池重要是指在電極材料中使用了鋰元素作為重要活性物質的一類電池，重要包括鋰金屬電池和鋰離子電池兩大類。本文中講的鋰離子電池重要為鋰離子電池。

鋰離子電池是一種二次電池，它重要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作，是可以充放電的電池。鋰離子電池的結構重要包括正極、隔膜、負極、電解液和電池外殼。

正極：一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰，鎳鈷錳酸鋰材料（俗稱三元），純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本高而逐漸淡出。

隔膜：為一種經特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結構，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過。

負極：一般為石墨，或近似石墨結構的碳。

電解液：是電池中離子傳輸的載體，一般由鋰鹽和有機溶劑組成，重要用途是在鋰離子電池正、負極之間傳導鋰離子。

電池外殼：分為鋼殼（方型很少使用）、鋁殼、鍍鎳鐵殼（圓柱電池使用）、鋁塑膜（軟包裝）等，重要用來保護電池用。

鋰離子電池根據正極材料分重要包括鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元鋰、磷酸鐵鋰等，目前在車用方面較為成熟的為磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池，前者的代表是比亞迪，后者為特斯拉。

燃料動力電池

燃料動力電池是一種把燃料所具有的化學能直接轉換成電能的化學裝置，又稱電化學發電器。

它是按電化學原理,即原電池工作原理,等溫的把貯存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能,因而實際過程是氧化還原反應。

燃料動力電池重要由三部分組成，電極、電解質和外部電路。

燃料動力電池的電極是燃料發生氧化反應與氧化劑發生還原反應的電化學反應場所，重要包括陽極和陰極，厚度一般為200－500mm，其結構與一般電池的平板電極不同為多孔結構，目的是提高燃料動力電池的實際工作電流密度。

電解質起傳遞離子和分離燃料氣、氧化氣的用途。為阻擋兩種氣體混合導致電池內短路,電解質通常為致密結構。

外部電路一般有雙極板構成，雙極板具有收集電流、分隔氧化劑與還原劑、疏導反應氣體等用途，其性能重要取決于其材料特性、流場設計及其加工技術。

常用的燃料動力電池按其電解質不同，可以分為質子交換膜燃料動力電池（PEMFC）、固體氧化物燃料動力電池（SOFC）、熔融碳酸鹽燃料動力電池（MCFC）、磷酸燃料動力電池（PAFC）和堿性燃料動力電池（AFC）。

質子交換膜燃料動力電池（PEMFC）由于具有多種性能優勢，包括電池操作溫度低、啟動速度快等，是目前應用較為成熟和廣泛的燃料動力電池，在全球出貨量和出貨兆瓦數方面占據主導地位。

燃料動力電池的燃料重要是氫氣、甲醇等碳氫化合物。本文中的燃料動力電池重要以氫燃料動力電池為例進行分析。

兩種電池的全方位比較

同為新能源電池，鋰離子電池輸入/輸出電能，實際上是先將輸入的電能儲備起來，待到用時再通過輸出的裝置輸出電能。

燃料動力電池其實相當于傳統汽車的內燃機。內燃機燒油，只是能量轉化裝置，不是儲能裝置；燃料動力電池燒氫氣，也是能量轉化裝置，不是儲能裝置。

而鋰離子電池是儲能裝置，所以嚴格來說，燃料動力電池不是電池，是發動機。

因此，燃料動力電池是發電裝置，而鋰離子電池是儲能裝置。下表為兩種動力鋰電池的綜合比較，比較因素包括綜合性能方面、成本、政策支持、資源約束性、環境保護、商業化程度。

能量密度

能量密度（Energydensity）是指在一定的空間或質量物質中儲存能量的大小。電池的能量密度是電池平均單位體積或質量所釋放出的電能。

電池的能量密度又分為單體電芯的能量密度和電池系統的能量密度，電池系統的能量密度低于單體電芯。

鋰離子電池系統屬于封閉系統，由于受制于鋰元素特性，已目前在鋰離子電池中能量密度最高的三元鋰離子電池為例，其單體能量密度也僅為1.08MJ/kg（電池包系統衰減20%）。

未來假如要提升鋰離子電池的能量密度，需依靠全固態電池技術的突破，但其能量密度上限也不高。

燃料動力電池系統屬于開放性系統，其能量密度實質上取決于儲氫量，氫氣本身的能量密度為143MJ/Kg，而且目前燃料動力電池系統能量密度超過350wh/kg，未來隨著儲氫技術的進步，能量密度提升仍有非常大的空間。

功率密度

功率密度是動力鋰電池最大輸出功率與電池系統質量或體積的比值。

鋰離子電池系統假如提高其輸出功率使其能夠高功率放電，一般解決辦法是新增電池數量，這樣同時會加大整個電池系統的重量，即使Tesla采用了目前能量密度最好的三元電池，其電池組件重量都接近半噸。

因此鋰離子電池系統高功率放電與高續航里程無法兼容，功率密度提升有限。

燃料動力電池本質上可以理解為以氫氣為原料的化學發電系統，因此輸出功率比較穩定，一般為了最大提高放電功率只要附加動力鋰電池系統即可，如豐田Mirai配套了鎳氫電池。

燃料動力電池系統作為一個開放動力系統，輸出功率提升容易，附加的電池也不會新增過多重量，豐田Mirai功率密度達到了2036W/kg。

安全性

無論搭載鋰離子電池的純電動汽車還是搭載燃料動力電池的汽車，只要是汽車那么安全性就是最重要的指標。

鋰離子電池作為封閉的能量體系，從原理上高能量密度和安全性就很難兼容，假如單純追求高能量密度，那么整個鋰離子電池系統就相當于炸彈。

因此現在主流工藝路線中，能量密度低的磷酸鐵鋰安全性較好，電池溫度達到500~600度時才開始分解，基本不要太多的保護輔助設備。

Telsa采用的三元電池能量密度雖高，但不耐高溫，250~350度就會分解，安全性差。

其解決方法是并聯了超過7000節的電池，大幅降低了單個電池漏液，爆炸帶來的危險。

但是假如分析特斯拉汽車發生的事故，要么是輕微的碰撞，要么是靜態情況，但電池卻著火了，因此其安全性方面還存在很多問題。

燃料動力電池本身安全性很好，其用于車載后，因此其安全性重要來自于儲氫系統。

但通過大量的實驗證明，相比汽油和天然氣這兩種常見的車用可燃氣體，氫氣的安全性并不差。

而且現在車用儲氫裝置都采用碳纖維材料，在80KM/h速度多角度碰撞測試中都可以做到毫發無損。

即使車禍導致泄露，由于氫氣爆炸要求濃度高，在爆炸前一般就已經開始燃燒，反而很難爆炸。

而且氫氣重量輕，溢出系統的氫氣著火后會迅速向上升起，反而一定程度上保護了車身和乘客。因此隨著商業化推進，其整體安全性是可控的。

可靠性

電池的可靠性指的是電池發生事故導致其喪失電能存儲能力的概率。

鋰離子電池的可靠性與其安全性問題有很大的關聯，但是卻不是一個概念。鋰離子電池發生安全性事故，必然將導致其喪失電能存儲能力。

但鋰電喪失電能存儲能力并不都是發生安全性事故而導致，比如由于容量跳水導致的電池失效。

鋰離子電池系統是由成百上千個單體電芯通過串并聯組裝在一起的，因此整個電池系統的不可靠性將被急劇放大。

從國內純電動汽車所積累的數據來看，鋰離子電池系統的可靠性目前還不能令人滿意。

而燃料動力電池從上個世紀70年代就已經應用于航天飛機，美國國際燃料動力電池公司（IFC）生產的第三代AFC（標稱/極限功率7.0/12.0KW）后來成為美國航天飛機的標準動力源。

目前全球正在或者即將服役的常規特種大多采用PEMFC（質子交換膜燃料動力電池）作為主動力鋰電池系統。

俄羅斯、韓國、澳大利亞、以色列和意大利的新型常規特種都采用PEMFC燃料動力電池技術，大型PEMFC電堆單純就技術層面而言已經發展到了高度完善可靠的程度。

因此燃料動力電池具有極高的可靠性。

環境溫度適應性

由于汽車使用地域的廣泛性，關于新能源汽車而言，溫度適應性就非常重要了，其能適應什么樣的溫度范圍則取決于動力鋰電池本身。

當前，鋰離子電池在零度以上的生活環境中性能不會受到到影響，但是零度以下出現的問題是其急需解決的難題。

鋰電的低溫性能重要取決于溫度對電極材料的電導、離子擴散系數以及電解液電導率的影響。

低溫下電解液的粘度增大電導率下降，導致電池極化急劇新增。尤其當鋰離子電池在接近零度時，其性能急劇下降，-20℃幾乎無法正常工作。

而且低溫下頻繁充放電會嚴重惡化鋰離子電池的壽命，并且容易導致負極析出鋰而帶來安全隱患。

燃料動力電池在啟動以后，由于電池本身的工作原理會放熱，即使是在很低的環境溫度下燃料動力電池電堆的溫度也會很快穩定在80~90℃的正常工作溫度范圍。

豐田和本田公司的燃料動力電池汽車已經做到了-30℃啟動，但是關于燃料動力電池而言，仍然要繼續提高其在低溫下的性能，-40℃是未來的重要目標。

相關成本

動力鋰電池涉及到了方方面面的成本，包括消耗成本、電池本身的成本和基礎設施成本。

鋰離子電池方面。

鋰離子電池消耗的是電，其成本重要是電費，鋰離子電池汽車一般百公里耗電量約為17度，按照電價按照0.5元（家庭充電）~2.2元/度電（商用）來計算，其消耗成本為8.5~37.4元/百公里。

鋰離子電池本身的成本價格，根據相關資料計算，其價格在8~9元/kwh左右。

鋰離子電池車用的基礎設施重要為充電站，目前單個充電站基礎設施和配電設施投資在430萬元左右。

燃料動力電池方面。

燃料動力電池消耗的是氫氣，消耗成本即為氫氣消耗量的價格。

當前我國已商業化的加氫站氫氣銷售價格在30~120元/公斤之間（上海驛藍加氫站氫氣價格為40~45元/公斤），按照乘用車一公斤氫氣續航100公里計算，其成本為30-120元/百公里。

燃料動力電池本身的成本跟產量有關，由于國外燃料動力電池汽車相對國內較為成熟，因此成本相對較低。

根據相關資料計算，國外當燃料動力電池產量達到50萬臺時其成本可以降至40美元/kW，當前國內由于產量小，電池成本在1~1.5萬/kw之間。

燃料動力電池車用的基礎設施為加氫站，加氫站的建設成本跟其加氫能力有關，一般來說，加氫能力越大，加氫站整體投資價格越高。

根據公開資料顯示，國內500kg/d供氫能力的加氫站的投資規模在1200~1800萬之間。

其中南海瑞暉加氫站成本1550萬元，佛羅路加氫站成本1250萬元，瀚藍松崗禪炭路加氫站成本為2985萬元。

當前我國加氫站建設價格最高的為上海驛藍金山加氫站，此加氫站也為目前全球規模最大的加氫站，總投資額5500萬元。

政策支持

無論鋰離子電池汽車還是燃料動力電池汽車，由于其各方面高額的成本，前期發展均要國家的大力支持。

2019年三月二十六日，財政部、工業和信息化部、科技部和發展改革委四部委聯合公布了《有關進一步完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》。

重點內容包括：

1、國補力度大幅退坡，補貼基數綜合下降程度超50%；

2、2019年三月二十六日至2019年六月二十五日為過渡期，期間按2018年補貼的0.1倍和0.6倍進行補貼；

3、過渡期后地補取消，轉為支持充電（加氫）等配套設施；

4、電池技術要求更高，但調整系數下修。

該政策中與燃料動力電池相關的有：

1、三月二十六日六月二十五日為過渡期，期間銷售上牌的燃料動力電池汽車按2018年對應標準的0.8倍補貼；

2、燃料動力電池汽車和新能源公交車補貼政策另行公布；

3、地方補貼需支持加氫基礎設施短板建設和配套運營服務；

4、延續2018年預撥資金政策，從2019年開始有運營里程要求的車輛完成銷售上牌后即預撥一部分補貼資金。

而且最近工信部正聯合其他部委，醞釀研究針對燃料動力電池的新補貼政策。據了解，相關補貼思路并不是像之前那樣補到整車廠，而是考慮補貼生產核心部件的廠家。

從以上可以看出，純電動的補貼在逐步下降，燃料動力電池方面補貼力度仍然較大，而且從最近政策動態看，國家非常重視燃料動力電池汽車的發展將使其逐步走向正規。

資源約束

關于鋰離子電池而言，資源來源重要是鋰礦石，鋰的全球儲量是1400萬噸，2017年以電動汽車為主的鋰消耗量約23萬噸。

隨著全世界新能源純電動汽車的快速發展，假設2020年全球新能源汽車銷量達到500萬輛，全球鋰資源折合為碳酸鋰當量其需求將達到46.6萬噸。

隨著鋰資源的緊缺，其價格也將水漲船高，也將是制約電動汽車發展的隱性因素，因此未來鋰資源量很難支撐電動汽車的快速發展。

燃料動力電池在資源方面的約束重要是鉑金。鉑金被廣泛應用于汽車、工業、首飾及投資領域。

數據統計，鉑金在汽車催化劑領域的應用比例最高，占到總需求的37~41%，是鉑金第一大消耗應用。

燃料動力電池的催化劑要用到貴金屬鉑，市場普遍擔心其資源約束。

目前每輛氫燃料動力電池汽車鉑的使用量為20克~30克，豐田Mirai單車鉑消耗量約為20g，隨著技術的進步，鉑金作為燃料動力電池催化劑用量近些年在不斷下降。

豐田計劃在未來將鉑單耗降低75%，并實現催化劑的鉑回收。因此未來鉑金關于燃料動力電池的發展不會出現阻礙。

環境保護

鋰離子電池的原料為電力，目前我國電力結構中仍然以煤電為主，煤電近些年通過改造在污染排放方面取得了非常大的進步，但仍無法做到零排放、零污染，因此鋰離子電池的使用從一定程度上來講是有一定的污染性的。

燃料動力電池的原料為氫氣，氫氣的制取路線眾多，隨著未來燃料動力電池汽車的發展，我國又是可再生能源第一大國，未來氫氣將基本由可能生能源來制取，因此可以說是真正的零污染、零排放。

商業化程度

鋰離子電池在我國以及全世界范圍內的應用非常成熟。在車用方面，電動汽車從2013~2015年是從0到1的過程，從2016~2018年實現了從1到10，電動汽車銷量不斷攀升，目前產業鏈非常成熟，已經完全的實現了商業化。

燃料動力電池目前無論是車用還是其他應用方面均不是非常成熟，燃料動力電池作為車用是我國以及全世界首要的應用方向。

2018年全年我國燃料動力電池汽車產銷僅完成1527輛，但是2019年1-六月份，燃料動力電池汽車產銷分別完成1170輛和1102輛，比上年同期分別上升7.2倍和7.8倍，發展非常迅速。

但是由于燃料動力電池本身存在成本較高、基礎設施不完善等因素，燃料動力電池應用最成熟的日本也未能實現完全的商業化，我國更是處于商業化的初期。

總結

鋰離子電池和燃料動力電池，兩者在性能、制造、成本、應用等方面都既有優勢又有缺陷，在不同場景下使用不同的汽車，可以使我國的新能源汽車布局更加合理完善。

通過兩種電池的特性可以得知，純電動更加符合短途，目前產業鏈配套發展也較為成熟，在相當長的一段時間內，主流地位難以被撼動。

而燃料動力電池車會在長續航里程需求迫切、能夠集中使用加氫站的客車、重卡甚至船舶、特種等領域獲得一席之地。