丰田固态电池"进程"

2022-01-20      560 次浏览

六月七日,寺师茂树非常不情愿,但又无可奈何地当着全球媒体坦言,丰田犯了一个巨大的错误——应该早点儿搞电动汽车!


寺师茂树宣布,丰田汽车将全面调整电动汽车战略规划,将原先在2030年实现年销售550万辆电动汽车的计划提前至2025年。


十月二十二日,寺师茂树又透露,丰田搭载最新固态电池技术的电动汽车将于2020年东京奥运会亮相,2025年左右可大规模批量生产。


寺师茂树表示,上述固态电池新能源车型将基于丰田e-palette概念平台进行研发,研发产品将采用纯电动架构,并搭载自动驾驶功能。


寺师茂树何许人?丰田汽车执行副社长!


寺师茂树的公开宣布,意味着丰田要全面进攻电动汽车市场了。


此前很长一段时间里,丰田从不相信电动汽车能成功,而是更看好比较节能的燃油车、混合动力和氢燃料动力电池汽车。


当然,这也不是没有原因。毕竟,要论对燃油车技术的积累、混合动力汽车的专利申请,以及氢燃料动力电池汽车的前期投入,能和丰田相提并论的公司恐怕不多。


所以,"普锐斯之父"内山田武曾表示纯电动汽车不靠谱,纯电动汽车的电池技术根本不成熟。显然,此次转变战略,丰田是迫不得已。


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在丰田公司,像内山田武相同不看好电动汽车的保守派占大多数,因此关于是否要大力发展纯电动汽车,丰田内部总是充满争议,所以导致了丰田在电动汽车之路上错失良机。


扭转战局,为丰田发展电动汽车奠定基调的,则是丰田章男。


2016年十一月三十日,丰田章男宣布亲自出任电动汽车事业部负责人,并宣布启动电动汽车研发计划,表示在2020年推出第一款车型。


2017年十二月十三日,丰田和松下宣布达成战略合作,联合研发车载方型固态电池。丰田表示,在2025年之前会将固态锂离子电池实用化。


固态锂离子电池是基于锂离子电池开发的,相比传统的锂离子电池,重要是不再用液态或是胶质作为正负极之间的传导材料,从而大幅度提高汽车安全性、耐高温能力能。


从汽车电气化发展来看,从镍氢电池、磷酸铁锂离子电池,到三元锂离子电池的使用可以看出,相对而言三元锂离子电池略有发展潜力。


以比亚迪为例,E5搭载的是磷酸铁锂离子电池,容量为52kWh,重量为517kg,续航为350公里;而秦EV搭载的是三元锂,容量为61kWh,重量为444kg,续航为400公里。


可以看出,未来至少两三年内,电动汽车还是会以三元锂离子电池为主。


但是,三元锂离子电池固然是比老电池好,可极限不过是将电动汽车的实用性升级到"可用"效果。还是以比亚迪为例,用老电池的E5和秦EV毫无实用性,快充一小时电,还充不到一半电量。


三元锂离子电池虽然提高了汽车实用性,快充半小时基本能充满百分之八十的电量,充满后续航可达到200公里以上,甚至是300公里以上。


但是问题还是很多,例如冬天续航里程短,续航不够长,充电时间太长等。现在电动汽车还不普及尚且如此,若是普及便是大问题。


丰田借助固态电池,显然是为了电动汽车能在未来保持较高产品能力,确保在动力变革的浪潮中立于不败之地。


其实,丰田早在2008年就已经开始了研发固态电池技术之路。


2008年二月,丰田和伊利卡达成合作,共同研发固态电池材料。


2017年十月,丰田宣布加速研发固态电池技术。


2018年六月,日本新能源产业技术综合开发机构启动了开发全固态电池的项目,由丰田和松下等汽车、电池和材料公司,以及京都大学、日本理化学研究所等学术机构,共同合作研究。


2019年一月,丰田宣布在2020年前和松下设立车载电池新公司,致力于开发、量产固态电池。


2019年五月,丰田展出其正处于试制阶段的全固态电池样品。


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丰田将固态电池视为未来的主攻方向,计划在2020年前半阶段实现全固态电池的商业化应用,其基础的核心技术便是降低全固态电池的电芯内阻的技术。


那么,什么是固态电池?


动力锂电池发展现状来看,以电池物理结构分析,目前重要分为四种:即凝胶态电池、半固态液体电池、准固态液体电池、全固态电池。


凝胶态电池是指只含有液体电解质,半固态液体电池指半固态液体电解质质量百分比10%,准固态液体电池指准固态液体电解质质量百分比5%,全固态电池指全固态不含有任何液体电解质。


按照技术进展来判定,目前市场中售卖的纯电动汽车采用的锂离子或锂聚合物电池,绝大多数均属于凝胶态电池,只是由于正极材料的不同,又分为了NCA、NCM等不同的电池种类。


随着电池技术水平的不断提升,越来越多的车型开始配备能量密度更高的NCM811电池。所谓811,是指三元锂离子电池正极材料中镍钴锰或镍钴铝的配比为8:1:1。


NCM811电池三种元素中,镍的比重越高电池能量密度就越高,但镍也是金属活性高的元素,因此它的比重越大电池的安全性也就越低。


而钴元素在三元锂离子电池中也起到至关重要的用途,可以提高电池的稳定性,同时新增电池的循环寿命。


那么,丰田为何会选中全固态电池?


相比于液态电池,全固态电池的优势比较明显,尤其是在安全层面上,液态锂离子电池过度快充时会出现"枝晶",刺穿内部隔膜引发电池短路而起火爆炸的危险,而理论上固态锂离子电池则可防止此危险发生。


此外,全固态电池循环寿命长、工作温度范围宽、薄膜柔性化、回收方便、可快速充电、和电极材料相容性好,以及耐潮湿环境。


根据不完全统计,全球范围内约有50多家制造公司、初创公司和高校科研院所致力于固态电池技术。


其中,我国院校发表的相关SCI文章居世界首位,而在国际发明专利方面,日本则占据了全球范围内一半以上,丰田更是以多项专利占据了单一机构中的首位。


那么,固态电池大规模应用于量产电动汽车究竟有多遥远?


当前无论是从最基础的材料到反应界面,再到电池的理论研究和实验,以及更远处的规模产业化以应用,都还没有从根本上解决基础难题。


固态电池的研究始于上个世纪八十年代,相关技术从不成熟走向成熟,从实验室走向厂,从厂走向终端设备实现规模化应用和普及,已经几十年过去了,这条路注定是漫长而又艰苦的。


当然,固态电池的前景还是比较乐观的。


可以预见,未来固态电池一定会遵循液态、半固态、固液混合到全固态的发展路径,伴随每一阶段跃升过程的是,上下游相关产业链的共同成熟和壮大。


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