豐田固態(tài)電池“進(jìn)程”

導(dǎo)讀：豐田搭載最新固態(tài)電池技術(shù)的電動(dòng)汽車將于2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)亮相，2025年左右可大規(guī)模批量生產(chǎn)。

6月7日，寺師茂樹非常不情愿，但又無(wú)可奈何地當(dāng)著全球媒體坦言，豐田犯了一個(gè)巨大的錯(cuò)誤——應(yīng)該早點(diǎn)兒搞電動(dòng)汽車!

寺師茂樹宣布，豐田汽車將全面調(diào)整電動(dòng)車戰(zhàn)略規(guī)劃，將原先在2030年實(shí)現(xiàn)年銷售550萬(wàn)輛電動(dòng)車的計(jì)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(tài)電池技術(shù)的電動(dòng)汽車將于2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)亮相，2025年左右可大規(guī)模批量生產(chǎn)。

寺師茂樹表示，上述固態(tài)電池新能源車型將基于豐田e-Palette概念平臺(tái)進(jìn)行研發(fā)，研發(fā)產(chǎn)品將采用純電動(dòng)架構(gòu)，并搭載自動(dòng)駕駛功能。

寺師茂樹何許人?豐田汽車執(zhí)行副社長(zhǎng)!

寺師茂樹的公開宣布，意味著豐田要全面進(jìn)攻電動(dòng)汽車市場(chǎng)了。

此前很長(zhǎng)一段時(shí)間里，豐田從不相信電動(dòng)汽車能成功，而是更看好比較節(jié)能的燃油車、混合動(dòng)力與氫燃料電池汽車。

當(dāng)然，這也不是沒(méi)有原因。畢竟，要論對(duì)燃油車技術(shù)的積累、混合動(dòng)力汽車的專利申請(qǐng)，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(yè)恐怕不多。

所以，“普銳斯之父”內(nèi)山田武曾表示純電動(dòng)車不靠譜，純電動(dòng)汽車的電池技術(shù)根本不成熟。顯然，此次轉(zhuǎn)變戰(zhàn)略，豐田是迫不得已。

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在豐田公司，像內(nèi)山田武一樣不看好電動(dòng)汽車的保守派占大多數(shù)，因此對(duì)于是否要大力發(fā)展純電動(dòng)汽車，豐田內(nèi)部總是充滿爭(zhēng)議，所以導(dǎo)致了豐田在電動(dòng)汽車之路上錯(cuò)失良機(jī)。

扭轉(zhuǎn)戰(zhàn)局，為豐田發(fā)展電動(dòng)汽車奠定基調(diào)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(dòng)車事業(yè)部負(fù)責(zé)人，并宣布啟動(dòng)電動(dòng)車研發(fā)計(jì)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(dá)成戰(zhàn)略合作，聯(lián)合研發(fā)車載方型固態(tài)電池。豐田表示，在2025年之前會(huì)將固態(tài)鋰電池實(shí)用化。

固態(tài)鋰電池是基于鋰電池開發(fā)的，相比傳統(tǒng)的鋰電池，主要是不再用液態(tài)或是膠質(zhì)作為正負(fù)極之間的傳導(dǎo)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(fā)展來(lái)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(duì)而言三元鋰電池略有發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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(xù)航為350公里;而秦EV搭載的是三元鋰，容量為61kWh，重量為444kg，續(xù)航為400公里。

可以看出，未來(lái)至少兩三年內(nèi)，電動(dòng)汽車還是會(huì)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(guò)是將電動(dòng)汽車的實(shí)用性升級(jí)到“可用”效果。還是以比亞迪為例，用老電池的E5與秦EV毫無(wú)實(shí)用性，快充一小時(shí)電，還充不到一半電量。

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

但是問(wèn)題還是很多，例如冬天續(xù)航里程短，續(xù)航不夠長(zhǎng)，充電時(shí)間太長(zhǎng)等?，F(xiàn)在電動(dòng)車還不普及尚且如此，若是普及便是大問(wèn)題。

豐田借助固態(tài)電池，顯然是為了電動(dòng)汽車能在未來(lái)保持較高產(chǎn)品能力，確保在動(dòng)力變革的浪潮中立于不敗之地。

其實(shí)，豐田早在2008年就已經(jīng)開始了研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)之路。

2008年2月，豐田與伊利卡達(dá)成合作，共同研發(fā)固態(tài)電池材料。

2017年10月，豐田宣布加速研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)。

2018年6月，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)了開發(fā)全固態(tài)電池的項(xiàng)目，由豐田與松下等汽車、電池和材料企業(yè)，以及京都大學(xué)、日本理化學(xué)研究所等學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，共同合作研究。

2019年1月，豐田宣布在2020年前與松下設(shè)立車載電池新公司，致力于開發(fā)、量產(chǎn)固態(tài)電池。

2019年5月，豐田展出其正處于試制階段的全固態(tài)電池樣品。

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豐田將固態(tài)電池視為未來(lái)的主攻方向，計(jì)劃在2020年前半階段實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的商業(yè)化應(yīng)用，其基礎(chǔ)的核心技術(shù)便是降低全固態(tài)電池的電芯內(nèi)阻的技術(shù)。

那么，什么是固態(tài)電池?

從動(dòng)力電池發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，以電池物理結(jié)構(gòu)分析，目前主要分為四種：即凝膠態(tài)電池、半固態(tài)液體電池、準(zhǔn)固態(tài)液體電池、全固態(tài)電池。

凝膠態(tài)電池是指只含有液體電解質(zhì)，半固態(tài)液體電池指半固態(tài)液體電解質(zhì)質(zhì)量百分比<10%，準(zhǔn)固態(tài)液體電池指準(zhǔn)固態(tài)液體電解質(zhì)質(zhì)量百分比<5%，全固態(tài)電池指全固態(tài)不含有任何液體電解質(zhì)。

按照技術(shù)進(jìn)展來(lái)判定，目前市場(chǎng)中售賣的純電動(dòng)車采用的鋰離子或鋰聚合物電池，絕大多數(shù)均屬于凝膠態(tài)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(shù)水平的不斷提升，越來(lái)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(guān)重要的作用，可以提高電池的穩(wěn)定性，同時(shí)增加電池的循環(huán)壽命。

那么，豐田為什么會(huì)選中全固態(tài)電池?

相比于液態(tài)電池，全固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)比較明顯，尤其是在安全層面上，液態(tài)鋰電池過(guò)度快充時(shí)會(huì)產(chǎn)生“枝晶”，刺穿內(nèi)部隔膜引發(fā)電池短路而起火爆炸的危險(xiǎn)，而理論上固態(tài)鋰電池則可避免此危險(xiǎn)發(fā)生。

此外，全固態(tài)電池循環(huán)壽命長(zhǎng)、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(huán)境。

根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球范圍內(nèi)約有50多家制造企業(yè)、初創(chuàng)公司和高?？蒲性核铝τ诠虘B(tài)電池技術(shù)。

其中，中國(guó)院校發(fā)表的相關(guān)SCI 文章居世界首位，而在國(guó)際發(fā)明專利方面，日本則占據(jù)了全球范圍內(nèi)一半以上，豐田更是以多項(xiàng)專利占據(jù)了單一機(jī)構(gòu)中的首位。

那么，固態(tài)電池大規(guī)模應(yīng)用于量產(chǎn)電動(dòng)車究竟有多遙遠(yuǎn)?

當(dāng)前無(wú)論是從最基礎(chǔ)的材料到反應(yīng)界面，再到電池的理論研究和實(shí)驗(yàn)，以及更遠(yuǎn)處的規(guī)模產(chǎn)業(yè)化以應(yīng)用，都還沒(méi)有從根本上解決基礎(chǔ)難題。

固態(tài)電池的研究始于上個(gè)世紀(jì)八十年代，相關(guān)技術(shù)從不成熟走向成熟，從實(shí)驗(yàn)室走向工廠，從工廠走向終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用和普及，已經(jīng)幾十年過(guò)去了，這條路注定是漫長(zhǎng)而又艱苦的。

當(dāng)然，固態(tài)電池的前景還是比較樂(lè)觀的。

可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)固態(tài)電池一定會(huì)遵循液態(tài)、半固態(tài)、固液混合到全固態(tài)的發(fā)展路徑，伴隨每一階段躍升過(guò)程的是，上下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的共同成熟和壯大。