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豐田固態電池“進程”

   2019-11-21 電池聯盟

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核心提示:導讀:豐田搭載最新固態電池技術的電動汽車將于2020年東京奧運會亮相,2025年左右可大規模批量生產。6月7日,寺師茂樹非常不情愿

導讀:豐田搭載最新固態電池技術的電動汽車將于2020年東京奧運會亮相,2025年左右可大規模批量生產。

6月7日,寺師茂樹非常不情愿,但又無可奈何地當著全球媒體坦言,豐田犯了一個巨大的錯誤——應該早點兒搞電動汽車!

寺師茂樹宣布,豐田汽車將全面調整電動車戰略規劃,將原先在2030年實現年銷售550萬輛電動車的計劃提前至2025年。

10月22日,寺師茂樹又透露,豐田搭載最新固態電池技術的電動汽車將于2020年東京奧運會亮相,2025年左右可大規模批量生產。

寺師茂樹表示,上述固態電池新能源車型將基于豐田e-Palette概念平臺進行研發,研發產品將采用純電動架構,并搭載自動駕駛功能。

寺師茂樹何許人?豐田汽車執行副社長!

寺師茂樹的公開宣布,意味著豐田要全面進攻電動汽車市場了。

此前很長一段時間里,豐田從不相信電動汽車能成功,而是更看好比較節能的燃油車、混合動力與氫燃料電池汽車。

當然,這也不是沒有原因。畢竟,要論對燃油車技術的積累、混合動力汽車的專利申請,以及氫燃料電池汽車的前期投入,能和豐田相提并論的企業恐怕不多。

所以,“普銳斯之父”內山田武曾表示純電動車不靠譜,純電動汽車的電池技術根本不成熟。顯然,此次轉變戰略,豐田是迫不得已。

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在豐田公司,像內山田武一樣不看好電動汽車的保守派占大多數,因此對于是否要大力發展純電動汽車,豐田內部總是充滿爭議,所以導致了豐田在電動汽車之路上錯失良機。

扭轉戰局,為豐田發展電動汽車奠定基調的,則是豐田章男。

2016年11月30日,豐田章男宣布親自出任電動車事業部負責人,并宣布啟動電動車研發計劃,表示在2020年推出第一款車型。

2017年12月13日,豐田與松下宣布達成戰略合作,聯合研發車載方型固態電池。豐田表示,在2025年之前會將固態鋰電池實用化。

固態鋰電池是基于鋰電池開發的,相比傳統的鋰電池,主要是不再用液態或是膠質作為正負極之間的傳導材料,從而大幅度提高汽車安全性、耐高溫能力能。

從汽車電氣化發展來看,從鎳氫電池、磷酸鐵鋰電池,到三元鋰電池的使用可以看出,相對而言三元鋰電池略有發展潛力。

以比亞迪為例,E5搭載的是磷酸鐵鋰電池,容量為52kWh,重量為517kg,續航為350公里;而秦EV搭載的是三元鋰,容量為61kWh,重量為444kg,續航為400公里。

可以看出,未來至少兩三年內,電動汽車還是會以三元鋰電池為主。

但是,三元鋰電池固然是比老電池好,可極限不過是將電動汽車的實用性升級到“可用”效果。還是以比亞迪為例,用老電池的E5與秦EV毫無實用性,快充一小時電,還充不到一半電量。

三元鋰電池雖然提高了汽車實用性,快充半小時基本能充滿百分之八十的電量,充滿后續航可達到200公里以上,甚至是300公里以上。

但是問題還是很多,例如冬天續航里程短,續航不夠長,充電時間太長等。現在電動車還不普及尚且如此,若是普及便是大問題。

豐田借助固態電池,顯然是為了電動汽車能在未來保持較高產品能力,確保在動力變革的浪潮中立于不敗之地。

其實,豐田早在2008年就已經開始了研發固態電池技術之路。

2008年2月,豐田與伊利卡達成合作,共同研發固態電池材料。

2017年10月,豐田宣布加速研發固態電池技術。

2018年6月,日本新能源產業技術綜合開發機構啟動了開發全固態電池的項目,由豐田與松下等汽車、電池和材料企業,以及京都大學、日本理化學研究所等學術機構,共同合作研究。

2019年1月,豐田宣布在2020年前與松下設立車載電池新公司,致力于開發、量產固態電池。

2019年5月,豐田展出其正處于試制階段的全固態電池樣品。

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豐田將固態電池視為未來的主攻方向,計劃在2020年前半階段實現全固態電池的商業化應用,其基礎的核心技術便是降低全固態電池的電芯內阻的技術。

那么,什么是固態電池?

從動力電池發展現狀來看,以電池物理結構分析,目前主要分為四種:即凝膠態電池、半固態液體電池、準固態液體電池、全固態電池。

凝膠態電池是指只含有液體電解質,半固態液體電池指半固態液體電解質質量百分比<10%,準固態液體電池指準固態液體電解質質量百分比<5%,全固態電池指全固態不含有任何液體電解質。

按照技術進展來判定,目前市場中售賣的純電動車采用的鋰離子或鋰聚合物電池,絕大多數均屬于凝膠態電池,只是由于正極材料的不同,又分為了NCA、NCM等不同的電池種類。

隨著電池技術水平的不斷提升,越來越多的車型開始配備能量密度更高的NCM811電池。所謂811,是指三元鋰電池正極材料中鎳鈷錳或鎳鈷鋁的配比為8:1:1。

NCM811電池三種元素中,鎳的比重越高電池能量密度就越高,但鎳也是金屬活性高的元素,因此它的比重越大電池的安全性也就越低。

而鈷元素在三元鋰電池中也起到至關重要的作用,可以提高電池的穩定性,同時增加電池的循環壽命。

那么,豐田為什么會選中全固態電池?

相比于液態電池,全固態電池的優勢比較明顯,尤其是在安全層面上,液態鋰電池過度快充時會產生“枝晶”,刺穿內部隔膜引發電池短路而起火爆炸的危險,而理論上固態鋰電池則可避免此危險發生。

此外,全固態電池循環壽命長、工作溫度范圍寬、薄膜柔性化、回收方便、可快速充電、與電極材料相容性好,以及耐潮濕環境。

根據不完全統計,全球范圍內約有50多家制造企業、初創公司和高校科研院所致力于固態電池技術。

其中,中國院校發表的相關SCI 文章居世界首位,而在國際發明專利方面,日本則占據了全球范圍內一半以上,豐田更是以多項專利占據了單一機構中的首位。

那么,固態電池大規模應用于量產電動車究竟有多遙遠?

當前無論是從最基礎的材料到反應界面,再到電池的理論研究和實驗,以及更遠處的規模產業化以應用,都還沒有從根本上解決基礎難題。

固態電池的研究始于上個世紀八十年代,相關技術從不成熟走向成熟,從實驗室走向工廠,從工廠走向終端設備實現規模化應用和普及,已經幾十年過去了,這條路注定是漫長而又艱苦的。

當然,固態電池的前景還是比較樂觀的。

可以預見,未來固態電池一定會遵循液態、半固態、固液混合到全固態的發展路徑,伴隨每一階段躍升過程的是,上下游相關產業鏈的共同成熟和壯大。



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