观点, 资讯OPINION

丰田:我家固态储能电池几分钟就能充满电 @Tesla

 2017年08月04日 10:17

上周,丰田发布消息,计划于21世纪20年代早期实现全固态电池商业化。

面对“前任” 之一丰田的隔空喊话,大刀阔斧在澳洲建GW级三元锂电池工厂的特斯拉不知此刻心里是什么滋味儿。@Tesla

 

【无所不能 文 | 薛晗】上周,丰田发布消息,计划于21世纪20年代早期实现全固态电池商业化。全固态电池的推广,将取代目前锂离子电池广泛采用的液态电解质技术。而此前据日本媒体报道,配备了全固态电池的丰田电动汽车最早将于2022年在日本上市,届时,完成一次充电过程的时间将缩短至几分钟。

 

2010年初,丰田出资5000万美元收购特斯拉3%股份,随后于2014年出售了其中部分股份。截至今年5月底,丰田已经出清所持特斯拉全部股份,标志着丰田和特斯拉的七年合作关系正式画上了句号。

 

丰田的发言人称,在所有这些新兴的电池技术中,固态电池最有希望实践应用于电动汽车。

 

丰田的全固态储能电池,对当下主流的三元锂离子电池无疑是一种宣战。也是丰田与特斯拉因车辆设计问题产生不合,未能熬过七年之痒,“恋情”告吹之后,丰田在这一领域宣布的首个突破性计划。

图片来自www.automobilesreview.com

 

固态电池是什么?

 

其实,固态电池对丰田来说并不是新鲜内容。自2010年起,丰田一直在固态电池领域默默探索。近日,丰田于去年12月向美国专利局提交的固态电池专利终于获批,博得了各大版面的头条。

 

东京工业大学教授Ryoji Kanno对Wall Street Journal表示,通过采用固态电池,“有希望提高电力输出和缩短充电时间”。此前,Kanno教授曾带领一支包括丰田科学家在内的团队发现了这种“玻璃样”固态电解质的制造材料。

 

据美国专利局公示的丰田固态电池专利申请内容,丰田研发的固态电池的电解质层由硫化固态电解质材料构成,其中包含锂、磷、硫和碘元素,电极活性材料层则添加了特殊的磷酸酯,改善了电池的热稳定性。

图片为固态电解质原理图,与丰田固态电池无直接关系。来自江苏大学汽车工程研究院

 

固态电池好在哪儿?

 

目前,特斯拉等主流电动车厂商以采用的三元锂离子电池以采用液态电解质为主。受制于液态锂电池的特性,电动汽车即使在快充模式下充满电也需要20-30分钟,续航里程却仅有300-400公里。而对比三元锂电池,固态电池安全不易燃易爆、单位能量密度高、相同容量质量轻、充电快、受温度影响小、单位成本低等优势,更适合电动车的未来发展。

 

首先,在安全方面,由于液态电解质中含有易燃的有机溶液,发生短路温度骤升时很容易发生燃烧和爆炸,因此需要安装抗温升和防短路的安全装置结构,而采用固态电池则可以免去这些麻烦。

 

在单位能量密度方面,目前松下的锂电池能量密度为200-400瓦时/升,丰田的锂电池能量密度为400瓦时/升。而如果采用固态电池技术,因为在结构设计上不需要考虑易燃风险,相同空间可以塞进更多电池,能量密度将有可能提高至600-800瓦时/升,几乎翻了一番。

图片来自Wall Street Journal

 

相比液态电池,相同容量的电池组,固态电池相对更轻。比如特斯拉-松下生产的85kWh三元锂电池组质量达到900kg,而固态电池创业公司Seeo Inc生产的相同容量电池组的质量却只有323kg,接近前者的三分之一。

 

同时,鉴于固态电解质可以接受的电流更强,充电时间也将大幅缩短。在温度方面,固态电池也不像液态电池那么敏感,不易受高温和低温影响性能。据爱达荷国家实验室(Idaho National Laboratory)研究发现,搭载液态电池的电动汽车在冬季的续航里程大约会较正常水平降低四分之一。

 

而最重要的,因为不需要在设计和生产上过度考虑安全问题,固态电池的成本相对更低,更具经济性。

 

固态电池离商业化尚远

 

回顾储能电池发展史,很长一段时间内,铅酸电池占据了主导地位。甚至到2014年,64.5%的储能电池收入仍来自铅酸电池,锂离子电池则仅占33.4%的份额。而到2025年,据Visual Capitalist发布数据,锂离子电池占比将达到70%,大幅超过铅酸电池。而2025年的总体储能电池销售收入预期将是2014年的两倍多。

图片来自Visual Capitalist

 

锂离子电池成本的迅速下降推动了其商业化进程。以目前市场上主流的三元锂电池为例,从2008年到2016年,特斯拉搭载的电池组成本已经从1200美元/kWh下降至190美元/kWh,接近铅酸电池的150美元/kWh。而上世纪90年代中,首批上市的锂离子电池的成本曾高达3000美元/kWh。

图片来自Visual Capitalist

 

由此推断,锂离子电池从首次上市到全面商业化经过了至少20年。而固态电池的发展还处于早期阶段,离最终实现商业化还有很长的路要走。排除成本因素外,固态电池由于内阻较大,影响充电速度,也是亟待攻克的技术难题。

 

目前,固态电池研发进行中的大企业除了丰田,宝马、三星、本田、宁德时代、博世和戴森等也名列其中。

 

据36氪报道,其中宝马的将商业化节点模糊定义为“10年以内”;博世收购了固态电池创业公司Seeo Inc,并承诺自2016年起每年投入4亿欧元进行固态电池的研发,期望在2020年实现商业化量产;戴森以9000万美元的价格收购了固态电池公司Sakti 3,并承诺计划建造一座总投资达10亿美元的工厂用于固态电池的量产,并将商业化期限定在“一两年内”。

 

“从实验室到制造厂之间有很长的路要走,在2022年之前还会有很多技术变革发生”,CLSA汽车分析师Christopher Richter表示,而丰田搭载固态电池的全新电动车要多久才能追上竞争对手,主要取决于电池成本下降的速度。

 

东京工业大学的Kanno教授则表示,目前的固态电池版本仅仅适用于小型和实验场景,至于怎么制造更强劲的电池版本,大规模低成本生产,是丰田的任务。

 

如今,已经成功实现了商业规模化的三元锂电池仍是市场主流。除特斯拉和松下外,宁德时代、比亚迪、LG化学、三星SDI等主流动力电池玩家也都纷纷投入三元锂电池的技术研发。不过,正如王健林提到的“创业要闯”,在少数敢于创新的大企业中,丰田的固态电池能不能成为未来主流,弯道超车PK掉“前任”特斯拉,值得业界期待。

 

欢迎关注无所不能公众号:caixinenergy

 

网友评论

登录发表言论 新浪、腾讯微博帐号可直接登录
本篇文章暂无评论......
  • 微信公众号

    caixinenergy