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固態(tài)電池取得重大突破,豐田奪取未來(lái)話語(yǔ)權(quán)?
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張家棟zhangjiadong@guancha.cn
(文/張家棟 編輯/張廣凱)
據(jù)《金融時(shí)報(bào)》報(bào)道,本周二,豐田宣布已經(jīng)在電池技術(shù)上取得了重大突破,能夠?qū)㈦姵氐闹亓?、體積和成本減半。此舉被看作是豐田搶奪未來(lái)動(dòng)力電池話語(yǔ)權(quán)的關(guān)鍵。
豐田公司碳中和研發(fā)中心的總裁海田敬二表示,“對(duì)于我們的液態(tài)和固態(tài)電池,我們的目標(biāo)是徹底改變目前電池太大、太重、太貴的狀況,我們的目標(biāo)是將所有這些因素減半”。
伯明翰大學(xué)商業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)教授戴維?貝利認(rèn)為,“(固態(tài)電池)通常在原型階段會(huì)有一些突破,但要擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模就困難,如果這是一個(gè)真正的突破,那么它可能是一個(gè)顛覆性的改變,甚至可以說(shuō)是電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的圣杯”。
顛覆未來(lái)的固態(tài)電池
自固態(tài)電池概念興起以來(lái),業(yè)內(nèi)對(duì)于固態(tài)電池的潛力以及發(fā)展前景便十分看好。
按照動(dòng)力電池物理結(jié)構(gòu)劃分,液態(tài)電解質(zhì)含量逐步下降,從傳統(tǒng)液態(tài)電池到最終全固態(tài)電池的發(fā)展可以分為五大階段:即液態(tài)電池、凝膠態(tài)電池、半固態(tài)電池、準(zhǔn)固態(tài)電池、全固態(tài)電池。
目前市面上大多數(shù)動(dòng)力電池幾乎都屬于液態(tài)電池,但受原理制約,液態(tài)電池有許多明顯短板不可避免。比如因不穩(wěn)定性而帶來(lái)的安全隱患、在低溫條件下導(dǎo)致的性能下降以及電池容量接近瓶頸等問(wèn)題。
相較之下,固態(tài)電池最突出的優(yōu)點(diǎn)是安全。固態(tài)電解質(zhì)可以抑制鋰枝晶、不易燃燒、不易爆破、無(wú)電解液走漏、不會(huì)在高溫下發(fā)生副反應(yīng)等,在大電流下工作不會(huì)因出現(xiàn)鋰枝晶而刺破隔膜導(dǎo)致短路,不會(huì)在高溫下發(fā)生副反應(yīng),不會(huì)因產(chǎn)生氣體而發(fā)生燃燒。
另一方面,盡管固態(tài)電池本身不能提升能量密度,但由于具備更穩(wěn)定、更安全等性質(zhì),無(wú)論在材料、結(jié)構(gòu)或是封裝層面,都有助于提升電芯能量密度。據(jù)悉,目前半固態(tài)電池能量密度可達(dá)350Wh/kg+,準(zhǔn)固態(tài)可實(shí)現(xiàn)400Wh/kg+,全固態(tài)可突破500Wh/kg,該數(shù)據(jù)可大幅超越當(dāng)前鋰離子電池近300Wh/kg的峰值,從而帶來(lái)更輕的電池包與更長(zhǎng)的整車(chē)?yán)m(xù)航能力。
此外,固態(tài)電池循環(huán)性能強(qiáng)。固態(tài)電解質(zhì)解決了液態(tài)電解質(zhì)在充放電過(guò)程中形成的固體電解質(zhì)界面膜的問(wèn)題和鋰枝晶現(xiàn)象,大幅提升了鋰電池的循環(huán)性和使用壽命,理想情況下循環(huán)性能表現(xiàn)優(yōu)異,能夠達(dá)到45000次左右。
但在行業(yè)看來(lái),固態(tài)電池的發(fā)展仍面臨著眾多阻礙,車(chē)企與電池廠商對(duì)于固態(tài)電池量產(chǎn)化的最大難題,在于成本管控以及制造困難。
目前,固態(tài)電池目前難以輕薄化,用到的部分稀有金屬原材料價(jià)格較高,而且全固態(tài)對(duì)生產(chǎn)工藝、成本和質(zhì)量控制也提出了更嚴(yán)苛的要求,生產(chǎn)設(shè)備替換率大等原因,其成本明顯高于現(xiàn)有液態(tài)電池。據(jù)中郵證券測(cè)算,目前固態(tài)電池較液態(tài)電池成本高出30%以上。即便是半固態(tài)電池規(guī)?;慨a(chǎn)后,其成本比也要比液態(tài)鋰電池高10%-20%。
以寧德時(shí)代為例,其重點(diǎn)布局的硫化物全固態(tài)路線,盡管已有高能量密度的固態(tài)電池實(shí)驗(yàn)樣本,但距離實(shí)現(xiàn)商業(yè)化可能仍需5年以上時(shí)間。
因此,國(guó)內(nèi)包括東風(fēng)、蔚來(lái)、賽力斯、深藍(lán)、智己、埃安、高合等車(chē)企,均將目光瞄向了更易于落地的半固態(tài)電池。
這也導(dǎo)致固態(tài)電池作為動(dòng)力電池行業(yè)發(fā)展的終極方向,誰(shuí)能夠率先實(shí)現(xiàn)可控成本下的量產(chǎn),誰(shuí)便掌握了下一代新能源的技術(shù)風(fēng)口。
豐田的搶跑
盡管在混動(dòng)領(lǐng)域被一眾中國(guó)汽車(chē)企業(yè)后來(lái)居上,讓豐田失去了中國(guó)新能源市場(chǎng)的話語(yǔ)權(quán),但面向未來(lái),豐田依然自信滿(mǎn)滿(mǎn)。
海田敬二指出,豐田已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了提高電池耐久性的方法,并相信現(xiàn)在可以制造出續(xù)航里程為1200公里的固態(tài)電池,充電時(shí)間為10分鐘或者更短。
在豐田看來(lái),全固態(tài)電池壽命較短是核心課題。固體電解質(zhì)隨著電池的充放電反復(fù)膨脹和收縮,可能會(huì)引發(fā)龜裂,導(dǎo)致鋰離子在正負(fù)極之間的流動(dòng)會(huì)變得困難。但現(xiàn)在,豐田已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了克服這一課題的新技術(shù)。在核算成本后,全固態(tài)電池將全面進(jìn)入面向量產(chǎn)研發(fā)的階段。
雖然按照規(guī)劃,豐田的固態(tài)電池產(chǎn)品至少要在2025年后才能面世,至少在2027年后有望量產(chǎn),但從技術(shù)積淀來(lái)看,該企業(yè)當(dāng)前所獲得的相關(guān)技術(shù)成果的確非??捎^。
據(jù)日經(jīng)中文網(wǎng)報(bào)道,從自2000年至2022年3月底公開(kāi)的固態(tài)電池專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)來(lái)看,豐田以1331件居首位,是第二名的3倍。申請(qǐng)數(shù)前五名的企業(yè)中,除三星之外其它四家均來(lái)自日本。
注定“卷”起的電池產(chǎn)業(yè)
盡管目前中國(guó)新能源市場(chǎng)蒸蒸日上,但作為下一代電池的重要攻關(guān)方向,尤其是在豐田不斷打破固態(tài)電池技術(shù)桎梏之時(shí),中國(guó)產(chǎn)業(yè)鏈也更需要對(duì)此予以重視。
根據(jù)《中國(guó)制造2025》的相關(guān)要求,到2025年、2030年,我國(guó)動(dòng)力電池單體能量密度需分別達(dá)到400Wh/kg、500Wh/kg,這無(wú)疑已經(jīng)超出了液態(tài)電池的“能力范圍”。
中科院院士、中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高表示,要想實(shí)現(xiàn)2030年500Wh/kg的能量密度目標(biāo),固體電解質(zhì)層面的突破是不得不走的必由之路。
他還指出,在固態(tài)電池領(lǐng)域,日本超前我們5年,“現(xiàn)在的全固態(tài)電池,如果從國(guó)家角度來(lái)講,肯定是日本最重視,做得最好、規(guī)模最大”。
中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)副理事長(zhǎng)董揚(yáng)也認(rèn)為,以固態(tài)動(dòng)力電池為代表的新一代動(dòng)力電池,是未來(lái)的重要競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域,“我們需要吃著碗里看著鍋里,給予足夠的重視”。
借由新能源產(chǎn)業(yè)的迅速顛覆,中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)通過(guò)液態(tài)電池方面的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了“彎道超車(chē)”,在全球動(dòng)力電池裝機(jī)量排行前十的企業(yè)中,已經(jīng)有六家來(lái)自中國(guó),寧德時(shí)代與比亞迪更是高居榜首。
但也正與當(dāng)年中國(guó)企業(yè)鉚足干勁在混動(dòng)等領(lǐng)域超越合資品牌一樣,如今的歐美日韓企業(yè),也已經(jīng)意識(shí)到與中國(guó)車(chē)企的差距并期望在下一個(gè)風(fēng)口迎頭趕上。
當(dāng)前,豐田通過(guò)固態(tài)電池的技術(shù)積淀已經(jīng)快要摸到行業(yè)未來(lái)的“麥克風(fēng)”,在此前提下,手握全球最大新能源市場(chǎng)的中國(guó)車(chē)企和電池廠商,又將如何守住自身的話語(yǔ)權(quán),值得期待。
- 責(zé)任編輯: 張家棟 
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