全固態(tài)電池商業(yè)化 豐田打算怎么做？

豐田計(jì)劃在2020年代前半階段實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的商業(yè)化應(yīng)用。Nikkei x TECH/Nikkei Automotive的研究發(fā)現(xiàn)，其基礎(chǔ)的核心技術(shù)是實(shí)現(xiàn)了降低全固態(tài)電池的電芯內(nèi)阻的技術(shù)。

據(jù)日經(jīng)報(bào)道，通過(guò)這一技術(shù)，豐田打開了全固態(tài)電池的商業(yè)化道路。原本由于輸出密度低，全固態(tài)電池用于電動(dòng)汽車（EV）用途時(shí)困難重重。（備注：功率密度低的話，在電芯設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)聯(lián)的能量密度也無(wú)法提高，這樣就很難實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化。）

豐田通過(guò)這項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)，將全固態(tài)電池的體積功率密度提高到約2.5 kW / L。與此同時(shí)，體積能量密度成功地提高到了高達(dá)約400wh/ L，相當(dāng)于2010年左右的鋰離子電池（LIB）大約2倍的水平。

雖然這一性能水平目前還無(wú)法達(dá)到時(shí)下最先進(jìn)的LIB電池同等水平，但是，根據(jù)豐田動(dòng)力電池生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)部總監(jiān)巖瀨先生的說(shuō)法，現(xiàn)階段豐田正在以超越LIB為提前的商業(yè)化量產(chǎn)為目標(biāo)持續(xù)推進(jìn)開發(fā)，該公司首先將利用上述降低內(nèi)阻技術(shù)為基礎(chǔ)，在2020年前半階段內(nèi)實(shí)現(xiàn)一定數(shù)量范圍內(nèi)的全固態(tài)電池實(shí)際應(yīng)用，之后將建立大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)的目標(biāo)。

圖1：豐田實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的全固態(tài)電池基礎(chǔ)技術(shù)及對(duì)應(yīng)效果

豐田通過(guò)圖中對(duì)策所示的4項(xiàng)技術(shù)，將其全固態(tài)電池的體積功率密度提升到約2.5kw/ L，體積能量密度提高到約400wh/ L。據(jù)該公司稱，這些技術(shù)，將是豐田在2020年代前半期內(nèi)實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化目標(biāo)的基礎(chǔ)技術(shù)。

豐田目標(biāo)在2020年前半階段內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的全固態(tài)電池使用的是，具備高離子傳導(dǎo)性的基于硫化物的固態(tài)電解質(zhì)，正負(fù)極材料則活用了現(xiàn)下主流的LIB活性材料，具體而言，正極考慮層狀氧化物系[鈷酸鋰（LCO），鎳-錳-鈷酸鋰（NMC），鎳鈷鋁酸鋰（NCA）等]材料，負(fù)極則考慮碳素系等候選材料。

解決現(xiàn)有EV續(xù)航里程與充電時(shí)間的問(wèn)題

豐田在全固態(tài)電池商業(yè)化應(yīng)用中投入大量資源的，還有一點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)EV電池pack的體積能量密度達(dá)到現(xiàn)有LIB的至少2倍以上（巖瀨先生所述），以及大幅降低快速充電時(shí)間（現(xiàn)狀需要30分鐘以上的快充時(shí)間降低到1/3以下）的研發(fā)。

現(xiàn)有的EV汽車，與燃油車相比車輛價(jià)格高，同時(shí)單次充電的續(xù)航里程短，充電需要時(shí)間長(zhǎng)，等因素極大地阻礙了電動(dòng)汽車的普及。而全固態(tài)電池，針對(duì)上述問(wèn)題，至少具備很大程度上能改善續(xù)航里程短，充電時(shí)間長(zhǎng)的可能性。

不需要冷卻，Pack尺寸大幅減小

據(jù)巖瀨先生表示，全固態(tài)電池之所以能大幅提高電池Pack的體積能量密度的一大原因在于，固體電解質(zhì)具有高阻燃性和耐熱性。

現(xiàn)有的LIB通常使用易燃的有機(jī)電解液作為電解質(zhì)。這種電解質(zhì)溶液一般在80度以上就會(huì)分解產(chǎn)生氣體，甚至導(dǎo)致爆炸或火災(zāi)等危險(xiǎn)。而在全固態(tài)電池中使用的固體電解質(zhì)，具備即使200度也無(wú)法燃燒的阻燃性，以及可承受80-150度高溫的耐熱性。減小了起火爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)現(xiàn)有的LIB電池Pack包內(nèi)必不可少的排氣和冷卻系統(tǒng)也能直接省略。因此，即使全固態(tài)電池的體積能量密度等同于LIB，也可能實(shí)現(xiàn)至少2倍以上的電池pack體積能量密度。

根據(jù)日本NEDO的研究數(shù)據(jù)，現(xiàn)有的LIB電池pack中電芯的體積比率大概為20~50%（圖2），而采用全固態(tài)電池的化，電池Pack不需要冷卻系統(tǒng)，體積能減小到現(xiàn)有EV上LIB空冷式電池Pack大概一半左右的大小。

圖2：在現(xiàn)有的LIB電池Pack中，電芯的體積比率低

數(shù)據(jù)a~g是現(xiàn)有搭載LIB電池Pack的一部分車型數(shù)據(jù)。目前，Pack中電芯所占體積比率最高也不到50%，因?yàn)樾枰渲门艢庖约袄鋮s系統(tǒng)的相關(guān)空間。