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豐田固態電池“進程”
時間:2019-11-21 08:50來源:中國電池聯盟 作者:龍闕
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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！
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。
01
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。
02
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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