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【细说】丰田的固态电池

导读: 固态电池已经热了有一段时间了,要说研究历史恐怕可以说回到很多年以前了,中间沉寂过,现在因为电动汽车的缘故,又火了起来,很多非电池制造公司也都在致力于这一技术的研发。

固态电池已经热了有一段时间了,要说研究历史恐怕可以说回到很多年以前了,中间沉寂过,现在因为电动汽车的缘故,又火了起来,很多非电池制造公司也都在致力于这一技术的研发。

Dyson收购Sakti3也热闹了一阵;Bosch收购Seeo,目标直指“190kg的50kWh电池包”,最近计划五年内将固态电池市场化(下图是Bosch关于固态电池优势的描述);Apple也收购了一家固态电池公司 InfinitePower Solutions;今年上半年,TheKorea Herald报道称:现代汽的Namyang研发中心也在进行固态电池的技术开发;这几天,SolidPower也宣布其正与宝马合作开发固态电池。

一般而言,全固态电池被认为在容量和安全性方面比液态或者凝胶态的电池具有更好的优势。目前报道出来都是报喜不报忧,不过这符合历来的心照不宣。

尽管丰田在今年10月份的东京车展上放言丰田的全固态电池技术将带来革命性变化,广告归广告,大家都理解,但是丰田内部还是清醒认识到面临的挑战,包括丰田主席TakeshiUchiyamada本人,他认为:“固态电池是目前最具前景的下一代电池技术,我们希望能够抓紧时间完成这种技术的发开,但是如果要量产的话,我们还是面临着一些问题需要解决。”

这里提到的一些问题,其中最大的问题之一是电池寿命问题,尽管丰田宣布掌握了全固态电池的生产技术,但是Takeshi Uchiyamada本人也承认目前还没有完全掌握如何让全固态电池的寿命可以支撑整车20万公里的寿命(超过了国内18万公里的要求)。丰田没有透露目前到底能达到什么样的寿命水平,但是丰田强调,对于三年的寿命,这绝不是丰田想要的(解决寿命的问题,可能比预想的要困难)。

全固态电池除了能够提供比锂离子电池更高的容量、支持更长的续驶里程之外,丰田认为这种高容量、高能量的新技术还能帮助降低制造成本。高能量意味着对Li、Co、Ni、Mn等金属元素的用量减少了,同时高能量电池可以减轻或降低车载储能系统的重量或大小,这些都有利于降低汽车制造成本。

因此,也有人认为固态电池的成功,可以帮助将当前200多美元/kWh的电池价格降低到100美元/kWh以下(Nissan执行副主席认为这个时间点会在2025年左右)。不过有评论认为,固态电池寿命问题可能不是一朝一夕可以解决,同时也为丰田高层在东京车展急迫的宣布自己所谓革命性的电池技术感到难以理解,因为关键的寿命问题还没有解决,谈不上革命性的突破。之前外界很多人认为丰田一个人在战斗,其实并不是一个人在战斗,在12月份宣布进一步加深跟松下在电池领域的合作协议中(两家公司之前已经有了PEVE的合资),除了锂离子方形电池之外,这个协议里面还包括了跟松下在固态电池领域展开合作。

我们回头快速看看丰田在固态电池领域的艰辛耕耘。

考虑到电动车在将来是趋势,丰田早在2010年左右就已经在开展开发下一代电池技术,并且决定加快研究步伐,重点研究的技术除了全固态电池之外,还包括了锂空气电池技术,参与机构除了丰田之外,还包括战友们:著名的京都大学、日本国立材料研究所。当时的计划是在2020年准备好固态电池和锂空气电池,为量产PHEV做准备。

2014年国际锂电论坛IMLB,丰田在邀请报告“Invited Presentation:Innovative Batteries for Sustainable Mobility”中提到当时的“能量密度为400Wh/L,但是距离实际量产应用还有很多的问题需要克服”。从其中一页报告可以看到,当时认为还需要6年时间达到prototypecell。

从丰田这2014年的数据来看,显然400Wh/L并不能显示出全固态电池的优势。因为从当时AESC的材料(下图)看到,液态锂离子电池完全有能力达到400Wh/L这个水平(现在液态锂离子电池也是可以超过这个水平的)。据说 2017年上半年已经到了500Wh/L左右。

更不用说松下的18650,在2009年松下公布的一组18650数据中可以看到,当时就已经达到了620Wh/L,采用Si的材料之后,更能达到700-800Wh/L。

2017年7月的时候,The Wall Street Journal和ChunichiShimbun新闻报道称:丰田将在2022年开始销售电动车,计划使用的正是全固态电池。如果这个报道是真的,考虑到项目周期,那留给丰田解决电池寿命等妨碍量产问题的时间就只有3-4年了,显然,丰田还需要再使劲加速。

作者:129Lab

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