面對“前任” 之一豐田的隔空喊話，大刀闊斧在澳洲建GW級三元鋰電池工廠的特斯拉不知此刻心里是什么滋味兒。@Tesla
【無所不能 文 | 薛晗】上周，豐田發(fā)布消息，計(jì)劃于21世紀(jì)20年代早期實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化。全固態(tài)電池的推廣，將取代目前鋰離子電池廣泛采用的液態(tài)電解質(zhì)技術(shù)。而此前據(jù)日本媒體報道，配備了全固態(tài)電池的豐田電動汽車最早將于2022年在日本上市，屆時，完成一次充電過程的時間將縮短至幾分鐘。
2010年初，豐田出資5000萬美元收購特斯拉3%股份，隨后于2014年出售了其中部分股份。截至今年5月底，豐田已經(jīng)出清所持特斯拉全部股份，標(biāo)志著豐田和特斯拉的七年合作關(guān)系正式畫上了句號。
豐田的發(fā)言人稱，在所有這些新興的電池技術(shù)中，固態(tài)電池最有希望實(shí)踐應(yīng)用于電動汽車。
豐田的全固態(tài)儲能電池，對當(dāng)下主流的三元鋰離子電池?zé)o疑是一種宣戰(zhàn)。也是豐田與特斯拉因車輛設(shè)計(jì)問題產(chǎn)生不合，未能熬過七年之癢，“戀情”告吹之后，豐田在這一領(lǐng)域宣布的首個突破性計(jì)劃。
圖片來自www.automobilesreview.com
固態(tài)電池是什么？
其實(shí)，固態(tài)電池對豐田來說并不是新鮮內(nèi)容。自2010年起，豐田一直在固態(tài)電池領(lǐng)域默默探索。近日，豐田于去年12月向美國專利局提交的固態(tài)電池專利終于獲批，博得了各大版面的頭條。
東京工業(yè)大學(xué)教授Ryoji Kanno對Wall Street Journal表示，通過采用固態(tài)電池，“有希望提高電力輸出和縮短充電時間”。此前，Kanno教授曾帶領(lǐng)一支包括豐田科學(xué)家在內(nèi)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了這種“玻璃樣”固態(tài)電解質(zhì)的制造材料。
據(jù)美國專利局公示的豐田固態(tài)電池專利申請內(nèi)容，豐田研發(fā)的固態(tài)電池的電解質(zhì)層由硫化固態(tài)電解質(zhì)材料構(gòu)成，其中包含鋰、磷、硫和碘元素，電極活性材料層則添加了特殊的磷酸酯，改善了電池的熱穩(wěn)定性。
圖片為固態(tài)電解質(zhì)原理圖，與豐田固態(tài)電池?zé)o直接關(guān)系。來自江蘇大學(xué)汽車工程研究院
固態(tài)電池好在哪兒？
目前，特斯拉等主流電動車廠商以采用的三元鋰離子電池以采用液態(tài)電解質(zhì)為主。受制于液態(tài)鋰電池的特性，電動汽車即使在快充模式下充滿電也需要20-30分鐘，續(xù)航里程卻僅有300-400公里。而對比三元鋰電池，固態(tài)電池安全不易燃易爆、單位能量密度高、相同容量質(zhì)量輕、充電快、受溫度影響小、單位成本低等優(yōu)勢，更適合電動車的未來發(fā)展。
首先，在安全方面，由于液態(tài)電解質(zhì)中含有易燃的有機(jī)溶液，發(fā)生短路溫度驟升時很容易發(fā)生燃燒和爆炸，因此需要安裝抗溫升和防短路的安全裝置結(jié)構(gòu)，而采用固態(tài)電池則可以免去這些麻煩。
在單位能量密度方面，目前松下的鋰電池能量密度為200-400瓦時/升，豐田的鋰電池能量密度為400瓦時/升。而如果采用固態(tài)電池技術(shù)，因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不需要考慮易燃風(fēng)險，相同空間可以塞進(jìn)更多電池，能量密度將有可能提高至600-800瓦時/升，幾乎翻了一番。
相比液態(tài)電池，相同容量的電池組，固態(tài)電池相對更輕。比如特斯拉-松下生產(chǎn)的85kWh三元鋰電池組質(zhì)量達(dá)到900kg，而固態(tài)電池創(chuàng)業(yè)公司Seeo Inc生產(chǎn)的相同容量電池組的質(zhì)量卻只有323kg，接近前者的三分之一。
同時，鑒于固態(tài)電解質(zhì)可以接受的電流更強(qiáng)，充電時間也將大幅縮短。在溫度方面，固態(tài)電池也不像液態(tài)電池那么敏感，不易受高溫和低溫影響性能。據(jù)愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室（Idaho National Laboratory）研究發(fā)現(xiàn)，搭載液態(tài)電池的電動汽車在冬季的續(xù)航里程大約會較正常水平降低四分之一。
而最重要的，因?yàn)椴恍枰谠O(shè)計(jì)和生產(chǎn)上過度考慮安全問題，固態(tài)電池的成本相對更低，更具經(jīng)濟(jì)性。
固態(tài)電池離商業(yè)化尚遠(yuǎn)
回顧儲能電池發(fā)展史，很長一段時間內(nèi)，鉛酸電池占據(jù)了主導(dǎo)地位。甚至到2014年，64.5%的儲能電池收入仍來自鉛酸電池，鋰離子電池則僅占33.4%的份額。而到2025年，據(jù)Visual Capitalist發(fā)布數(shù)據(jù)，鋰離子電池占比將達(dá)到70%，大幅超過鉛酸電池。而2025年的總體儲能電池銷售收入預(yù)期將是2014年的兩倍多。
圖片來自Visual Capitalist
鋰離子電池成本的迅速下降推動了其商業(yè)化進(jìn)程。以目前市場上主流的三元鋰電池為例，從2008年到2016年，特斯拉搭載的電池組成本已經(jīng)從1200美元/kWh下降至190美元/kWh，接近鉛酸電池的150美元/kWh。而上世紀(jì)90年代中，首批上市的鋰離子電池的成本曾高達(dá)3000美元/kWh。
圖片來自Visual Capitalist
由此推斷，鋰離子電池從首次上市到全面商業(yè)化經(jīng)過了至少20年。而固態(tài)電池的發(fā)展還處于早期階段，離最終實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還有很長的路要走。排除成本因素外，固態(tài)電池由于內(nèi)阻較大，影響充電速度，也是亟待攻克的技術(shù)難題。
目前，固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)行中的大企業(yè)除了豐田，寶馬、三星、本田、寧德時代、博世和戴森等也名列其中。
據(jù)36氪報道，其中寶馬的將商業(yè)化節(jié)點(diǎn)模糊定義為“10年以內(nèi)”；博世收購了固態(tài)電池創(chuàng)業(yè)公司Seeo Inc，并承諾自2016年起每年投入4億歐元進(jìn)行固態(tài)電池的研發(fā)，期望在2020年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)；戴森以9000萬美元的價格收購了固態(tài)電池公司Sakti 3，并承諾計(jì)劃建造一座總投資達(dá)10億美元的工廠用于固態(tài)電池的量產(chǎn)，并將商業(yè)化期限定在“一兩年內(nèi)”。
“從實(shí)驗(yàn)室到制造廠之間有很長的路要走，在2022年之前還會有很多技術(shù)變革發(fā)生”，CLSA汽車分析師Christopher Richter表示，而豐田搭載固態(tài)電池的全新電動車要多久才能追上競爭對手，主要取決于電池成本下降的速度。
東京工業(yè)大學(xué)的Kanno教授則表示，目前的固態(tài)電池版本僅僅適用于小型和實(shí)驗(yàn)場景，至于怎么制造更強(qiáng)勁的電池版本，大規(guī)模低成本生產(chǎn)，是豐田的任務(wù)。
如今，已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了商業(yè)規(guī)?；娜囯姵厝允鞘袌鲋髁?。除特斯拉和松下外，寧德時代、比亞迪、LG化學(xué)、三星SDI等主流動力電池玩家也都紛紛投入三元鋰電池的技術(shù)研發(fā)。不過，正如王健林提到的“創(chuàng)業(yè)要闖”，在少數(shù)敢于創(chuàng)新的大企業(yè)中，豐田的固態(tài)電池能不能成為未來主流，彎道超車PK掉“前任”特斯拉，值得業(yè)界期待。
版權(quán)聲明 | 稿件為無所不能原創(chuàng)
