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現(xiàn)在是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻，在汽車(chē)行業(yè)，豐田有很多新的創(chuàng)新來(lái)線，這將提供大量的選擇零排放駕駛。我們是領(lǐng)先的電池技術(shù)開(kāi)發(fā)，并有超過(guò)20年的電池專(zhuān)業(yè)知識(shí)，通過(guò)我們的自充電混合動(dòng)力電池的工作。您可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)固態(tài)電池電動(dòng)汽車(chē)，它將成為可持續(xù)駕駛的下一個(gè)大游戲規(guī)則改變者，我們?cè)谶^(guò)去幾年中一直在研究它，以及我們的混合動(dòng)力系列。
什么是固態(tài)？
那么，你問(wèn)什么是固態(tài)電池技術(shù)？顧名思義，固態(tài)電池是由固體電解質(zhì)而不是液體組成的。我們的原型電池的大小和厚度大約是一個(gè)筆記本電腦的厚度。對(duì)于使用傳統(tǒng)鋰離子電池的電動(dòng)汽車(chē)所面臨的缺點(diǎn)，包括單次充電行駛的相對(duì)較短距離以及充電時(shí)間，固態(tài)電池技術(shù)是一種潛在的萬(wàn)靈藥。
固態(tài)電池將成為鋰離子電池的真正替代品，而我們的原型中重點(diǎn)使用硫基電解液，因?yàn)樗峁┝烁行У碾娏鬏敗Ｋ麄儗⒔档突馂?zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，并增加能量密度，這是衡量一個(gè)電池所能提供的能量與它的重量相比。下一代電池，如固態(tài)電池和金屬空氣電池，比鋰離子電池更安全，性能更高。
豐田&固態(tài)
豐田在實(shí)現(xiàn)第一款功能性批量生產(chǎn)的固態(tài)電池方面處于領(lǐng)先地位，我們計(jì)劃在20世紀(jì)20年代中期成為第一家銷(xiāo)售配備固態(tài)電池的電動(dòng)汽車(chē)的公司。
自2012年以來(lái)，我們一直在進(jìn)行這方面的工作，超過(guò)200名高級(jí)裝飾和熟練的工程師不知疲倦地工作，以生產(chǎn)這些電池。我們現(xiàn)在擁有1000多項(xiàng)固態(tài)電池專(zhuān)利，比任何其他汽車(chē)制造商都要多，這項(xiàng)技術(shù)正在取得成果。
這對(duì)駕駛員意味著什么？
那么，從最終用戶(hù)的角度來(lái)看，這意味著什么呢？一次充電700公里。大約10-15分鐘從零到滿(mǎn)的充電。所有這些都具有最小的安全問(wèn)題。豐田推出的固態(tài)電池有望成為電動(dòng)汽車(chē)乃至整個(gè)行業(yè)的游戲規(guī)則改變者。在相同條件下，正在開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)行駛里程將是使用傳統(tǒng)鋰離子電池的汽車(chē)行駛里程的兩倍以上。所有這些都是在不犧牲內(nèi)部空間的情況下完成的，即使是最緊湊的車(chē)輛。
下一步是什么？
豐田正在通過(guò)Prime Planet Energy&Solutions Inc.開(kāi)發(fā)固態(tài)電池。Prime Planet Energy&Solutions Inc.是一家與松下的合資企業(yè)，于2020年4月開(kāi)始運(yùn)營(yíng)，擁有約5100名員工，其中2400人在中國(guó)子公司工作。我們正朝著2025年限量生產(chǎn)的目標(biāo)前進(jìn)，并期待在時(shí)機(jī)成熟時(shí)分享更多細(xì)節(jié)。
2025. 1. 5
聲稱(chēng)更高的能量密度、更快的充電速度和更好的安全性是固態(tài)電池技術(shù)似乎成為 EV 電池的下一件大事的原因。
- 固態(tài)電池有望實(shí)現(xiàn)更快的充電速度、更好的安全性和更高的能量密度。
- 它們用固體隔膜取代了當(dāng)今鋰離子電池中的液體電解質(zhì)。
- 本田、豐田和其他公司希望在 2030 年之前在汽車(chē)中使用固態(tài)電池上市銷(xiāo)售。
對(duì)於消費(fèi)電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車(chē)，電池技術(shù)的進(jìn)步在很大程度上是漸進(jìn)的，自近 30 年前現(xiàn)代鋰離子電池問(wèn)世以來(lái)一直如此。三個(gè)因素結(jié)合起來(lái)，每年將成本降低約8%：電池化學(xué)成分的調(diào)整、電池工廠的更高產(chǎn)量以及大批量生產(chǎn)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。
長(zhǎng)期聖杯
下一個(gè)重大的電池進(jìn)步可能是固態(tài)電池，長(zhǎng)期以來(lái)，固態(tài)電池一直是全世界電池工程師的聖杯。與使用液體電解質(zhì)的電池相比，它們具有更高的能量密度、更快的充電速度和更好的安全性。有些國(guó)家完全廢除了今天的石墨負(fù)極—這種物質(zhì)的加工和供應(yīng)完全由中國(guó)生產(chǎn)商控制。
收益有多大？根據(jù)豐田發(fā)佈的有關(guān)其未來(lái)電池計(jì)劃的資訊，採(cǎi)用固態(tài)電池的電池組可以將續(xù)航里程提高近 70%，並將 10% 至 80% 的直流快速充電時(shí)間從 30 分鐘縮短到 10 分鐘。儘管任何續(xù)航里程聲明都受到基礎(chǔ)車(chē)輛的假設(shè)以及重量和空氣動(dòng)力學(xué)特性的重大影響。
在過(guò)去的十五年里，全球數(shù)十家公司在研發(fā)上花費(fèi)了數(shù)百億美元。現(xiàn)在，目標(biāo)可能越來(lái)越近了。全球多家汽車(chē)製造商已經(jīng)宣佈了固態(tài)電池的試點(diǎn)、原型或其他進(jìn)展。預(yù)計(jì)這一速度將在未來(lái)幾年內(nèi)加快。
“固態(tài)”的多種類(lèi)型
隨著“固態(tài)”成為當(dāng)今電池的流行語(yǔ)，了解固態(tài)電池與當(dāng)今使用液體電解質(zhì)的電池有何不同是非常有用的。問(wèn)題變得更加復(fù)雜，因?yàn)閷?duì)“固態(tài)”的定義沒(méi)有廣泛的共識(shí)，“洛克希德馬丁公司為宇航器設(shè)計(jì)電池的哈雷什·卡馬思 (Haresh Kamath) 指出。（他目前是美國(guó)電力公用事業(yè)行業(yè)的獨(dú)立非營(yíng)利性研究組織電力研究所 （EPRI） 的分散式能源和儲(chǔ)能主任。
換句話說(shuō)，無(wú)論是汽車(chē)製造商還是電池公司，只要提到電動(dòng)汽車(chē)的固態(tài)電池，就要持保留態(tài)度，直到您深入研究細(xì)節(jié)。
從廣義上講，術(shù)語(yǔ)“固態(tài)”是指將固體材料用於防止陽(yáng)極和陰極接觸的隔膜，以及電池放電或充電時(shí)電子通過(guò)的介質(zhì)。當(dāng)今電池中的液體電解質(zhì)是一種易燃的有機(jī)溶劑，被三種材料（陽(yáng)極、陰極和隔膜）吸收，它們都有些海綿狀。與鉛酸啟動(dòng)電池不同，該電池沒(méi)有多餘的液體晃動(dòng)，只足以潤(rùn)濕電極。
失去液體電解質(zhì)
今天的液體電解質(zhì)和明天的全固態(tài)電池之間存在幾種隔膜和介質(zhì)的變化：
- 準(zhǔn)固態(tài)電池中的半固態(tài)電解質(zhì)，其中所謂的鋰聚合物電池（使用保存在聚合凝膠中的液體電解質(zhì)）可能是最著名的。
- 高溫、非液體、離子導(dǎo)電聚合物（十年前進(jìn)行了廣泛測(cè)試）。
- 陶瓷涂層聚合物，也需要高工作溫度。
- 純陶瓷（氧化物、硫化物、磷酸鹽）或玻璃固體電解質(zhì)，也需要高溫。
最後三種允許使用鋰金屬陽(yáng)極，陰極為鋰化金屬氧化物（氧化鎳、氧化鋁、氧化錳、氧化鈷或這些的混合物）或磷酸鐵。
或者，使用鋰金屬作為帶有固態(tài)隔膜的陰極也可以允許所謂的“無(wú)陽(yáng)極電池”：其中陽(yáng)極被銅集流體取代，鋰金屬在充電過(guò)程中沉積在上面。這消除了對(duì)石墨的需求，而石墨目前由中國(guó)控制著全球大部分生產(chǎn)。
但鋰金屬有其自身的安全風(fēng)險(xiǎn)。固體鋰金屬在任何溫度下都高度易燃，與濕氣、水或蒸氣發(fā)生劇烈反應(yīng)。任何使用固體鋰的電池製造商都將受到嚴(yán)格審查，以證明其新電池至少與今天一樣安全，更不用說(shuō)支持更高安全性的說(shuō)法了。
10 月，Stellantis 表示，其合作夥伴 Factorial 將在真實(shí)世界測(cè)試條件下在電動(dòng) Dodge Charger Daytonas 車(chē)隊(duì)中測(cè)試其（半固態(tài)）電池—盡管要到 2026 年才能測(cè)試。這些電池具有帶有鋰陽(yáng)極（而不是石墨）的“準(zhǔn)固體電解質(zhì)”。
中國(guó)製造商奇瑞向中國(guó)汽車(chē)報(bào)聲稱(chēng)，它正在安徽省蕪湖市創(chuàng)建世界上第一條全固態(tài)電池生產(chǎn)線，產(chǎn)能超過(guò)1吉瓦時(shí)（足以容納100,000輛配備100千瓦時(shí)電池組的電動(dòng)汽車(chē)）。它還還制定了未來(lái)兩代固態(tài)電池技術(shù)的計(jì)劃。它是安徽安華新能源科技的一部分，安華新能源科技是一家與中國(guó)電池製造商國(guó)軒科以及日本和泰國(guó)合作夥伴於 2020 年成立的合資企業(yè)。
試錯(cuò)使強(qiáng)者謙卑
盡管如此，就像電氣或電子技術(shù)前沿的任何進(jìn)步一樣，固態(tài)電池真的很難從實(shí)驗(yàn)室?guī)У缴a(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)中。一般來(lái)說(shuō)，每100次有前途的電池實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，就有1次會(huì)進(jìn)入原型生產(chǎn)線，而進(jìn)入大批量生產(chǎn)的電池更少。豐田在 15 年前吸取了這一教訓(xùn)，當(dāng)時(shí)它無(wú)法生產(chǎn)為第三代 2010 年豐田普銳斯選擇的鋰離子電池，不得不改用其久經(jīng)考驗(yàn)的 15 年歷史的鎳金屬氫化物電池。
豐田長(zhǎng)期以來(lái)一直是固態(tài)電池的支援者。它表示，它認(rèn)為在固態(tài)電池到來(lái)之前，電動(dòng)汽車(chē)將不適合大規(guī)模采用。但即使是強(qiáng)大的豐田也一直在努力將固態(tài)電池投入生產(chǎn)。它于 15 年前的 2010 年 12 月首次展示了固態(tài)電池原型。在 2010 年代的大部分時(shí)間里，它表示將在 2020 年之前將固態(tài)電池投入生產(chǎn)。2023年底，該公司宣佈該日期已推遲 2027 年。
一旦新電池投入生產(chǎn)，汽車(chē)製造商才能承諾在量產(chǎn)車(chē)輛中使用它們，然後就要進(jìn)行完整的驗(yàn)證過(guò)程。固態(tài)電池可能會(huì)以比傳統(tǒng)鋰離子電池更高的價(jià)格進(jìn)入市場(chǎng);使它們與當(dāng)今的電池相比具有成本競(jìng)爭(zhēng)力將是關(guān)鍵。本田聲稱(chēng)其固態(tài)電池將使用類(lèi)似于液體電解質(zhì)鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)工藝的方法製造。
電池和汽車(chē)：在 2020 年代結(jié)束之前？
純固態(tài)電池初創(chuàng)公司 QuantumScape 的首席執(zhí)行官西瓦·西瓦拉姆 （Siva Sivaram） 在 12 月告訴路透社，他預(yù)計(jì)，“到 2025 年，至少有兩家公司將宣布他們擁有固態(tài)電池。到 2025 年底，有人會(huì)宣佈，嘿，他們正計(jì)劃製造一輛配備固態(tài)電池的汽車(chē)......雖然他們不會(huì)告訴你什么時(shí)候。
“而且，他謹(jǐn)慎地補(bǔ)充道，”固態(tài)電池將在本十年的後期進(jìn)行大批量生產(chǎn)。
中國(guó)人會(huì)發(fā)揮作用嗎？“我認(rèn)為（純固態(tài)電池）不會(huì)來(lái)自中國(guó)，”他說(shuō)。（中國(guó)的電池製造商和電動(dòng)汽車(chē)公司無(wú)疑有所不同。西瓦拉姆指出，完全消除石墨負(fù)極與中國(guó)在電動(dòng)汽車(chē)電池方面的優(yōu)勢(shì)之一相抵消。這將使電池製造商無(wú)需中國(guó)目前控制供應(yīng)鏈的材料。
因此，現(xiàn)在的公告速度表明，固態(tài)電池確實(shí)會(huì)出現(xiàn)在電動(dòng)汽車(chē)上，並在 2030 年之前在北美銷(xiāo)售。但我們不會(huì)押注任何特定年份會(huì)發(fā)生這種情況——至少現(xiàn)在還沒(méi)有。
------ 完 ------
楊超凡 2025.6.16