中國儲能網(wǎng)訊：“呵呵?！边@是多名受訪對象對“豐田汽車將在2027年量產(chǎn)固態(tài)電池，可實現(xiàn)充電10分鐘續(xù)航1200公里”的第一反應。
連續(xù)多年占據(jù)全球汽車市場銷量第一寶座的豐田，毫無疑問是家值得尊敬的企業(yè)。但基于其在電動汽車領域多年來的“調性”，豐田主動披露的“固態(tài)電池突破性進展”似乎并未得到業(yè)界的普遍認可。
專家分析指出，豐田汽車頻頻宣布在固態(tài)電池方面取得的“突破”，重在搶奪未來動力電池話語權。業(yè)內要想在2027年或2028年實現(xiàn)全固態(tài)電池量產(chǎn)仍需克服重重障礙。一方面，需要找到合適的固態(tài)電解質以提升離子電導率和界面相容性，以及相應的電極電芯結構及工藝設計；另一方面，全固態(tài)電池本身成本性能、規(guī)?；圃炀烤鼓芊駶M足市場需求也需要持續(xù)探索，從實驗室到生產(chǎn)線再到市場的轉變充滿困難。
豐田之困
從摩托車、轎車，到SUV、公交車、貨車……綠色牌照的純電動汽車在馬路上來來往往、川流不息。新能源汽車替代傳統(tǒng)燃油汽車已成為全球汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然的趨勢。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會最新數(shù)據(jù)，今年前三個季度，我國新能源車滲透率（市場占有率）達29.8%。全國乘用車市場信息聯(lián)席會秘書長崔東樹披露的數(shù)據(jù)顯示，2023年1—8月世界新能源乘用車銷量同比增長40%。
然而，面對這場電動化轉型的浪潮，豐田汽車卻是態(tài)度鮮明的抵制。豐田汽車會長豐田章男曾多次在公開場合抵制電動化，稱汽車制造商應該繼續(xù)投資混合動力汽車，而不是全力投入電動汽車。一位汽車行業(yè)資深人士向記者介紹，出于對傳統(tǒng)燃油車市場的不舍和對氫能源汽車的期待，豐田汽車對于純電動汽車一直采取“保守態(tài)度”。按照豐田汽車的說法，由于價格高昂和充電基礎設施不發(fā)達，并非所有人都準備接受電動汽車，減少碳排放的最佳方式是為消費者提供多種選擇，包括混合動力汽車、插電式混合動力汽車、氫動力車型和電動汽車。
因此，在過去的幾年中，豐田汽車絕大多數(shù)純電車型止步于概念，量產(chǎn)落地的并不多，這使其與中國新能源汽車爆發(fā)式增長的機會失之交臂。記者了解到，豐田汽車目前在中國共投放了兩款電動車型，分別為中型SUV bZ4X和中型車bZ3，動力電池分別由寧德時代和比亞迪提供。今年1—9月份，兩款車型銷量分別為1.24萬輛和1.87萬輛，不及熱門新能源車型的單月銷量。
“事實上，豐田汽車稱得上是最早一批布局新能源技術的汽車制造商。1997年豐田汽車開始對鎳氫電池展開研發(fā)，2008年進軍固態(tài)電池領域，2020年研究BEV平臺，但是這些技術主要圍繞混動車型展開，而且是用作戰(zhàn)略儲備。”該業(yè)內人士稱。
故事的轉折點發(fā)生在今年4月，豐田章男正式卸任豐田汽車總裁和首席執(zhí)行官后，新上任的佐藤恒治表達了對電動汽車的支持，并開始重視中國市場。緊接著5月，佐藤恒治宣布，豐田將在2030年前向純電動汽車相關領域投資5萬億日元，較此前增加1萬億日元；同月設立了BEV專屬組織—BEV Factory，核心目標是希望通過汽車、制造、工作的變革，用BEV改變未來。豐田汽車計劃到2026年，將純電動汽車的全球銷量提高到150萬輛，到2030年增至350萬輛。
在這種情況下，固態(tài)電池被視為豐田汽車實現(xiàn)“逆風翻盤”和“彎道超車”的關鍵。按照豐田汽車的估算，配備全固態(tài)電池的汽車可實現(xiàn)充電10分鐘續(xù)航1200公里，這與豐田汽車現(xiàn)有車型bZ4X充電30分鐘理論續(xù)航600公里相比，有了質的提升。
“狼來了”？
早在2010年，豐田就宣布計劃在2025年之前實現(xiàn)固態(tài)電池小規(guī)模量產(chǎn)，在2030年前實現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)。但因研發(fā)進程不及預期，豐田多次修改了固態(tài)電池量產(chǎn)計劃。
隨著領導層的更替，豐田對電動汽車和固態(tài)電池的研發(fā)明顯提速。今年6月份，豐田汽車就曾宣布，最早將于2027年投放搭載“全固態(tài)電池”的純電動車型，支持超快充和超長續(xù)航，充電10分鐘可行駛1200公里。緊接著7月，豐田汽車表達了從電池尺寸到成本和重量均減半的決心。
10月，豐田又宣布與日本出光興產(chǎn)石油公司聯(lián)合研制硫化物固體電解質。據(jù)信這種固態(tài)電解質能實現(xiàn)大容量、大功率等特性，續(xù)航能力最具前景。
該固態(tài)電解質是否破解了固態(tài)電池的材料瓶頸？一位業(yè)內專家告訴《中國電子報》記者，一般而言，硫化物基電解質具有較好的離子電導率，但化學穩(wěn)定性較差，在潮濕環(huán)境下易與空氣中的水和氧氣發(fā)生反應，也可能和正負極材料反應。因此，硫化物固體電解質不意味著解決了固體電解質的難題，還有大量該電解質自身以及固態(tài)電池共性問題需要解決。
而對于豐田汽車在2027年或2028年量產(chǎn)固態(tài)電池的可能性，業(yè)內也普遍持保守態(tài)度?！耙环矫?，需要找到合適的固態(tài)電解質以提升離子電導率和界面相容性，以及相應的電極電芯結構及工藝設計；另一方面，全固態(tài)電池本身成本性能、規(guī)模化制造究竟能否滿足市場需求也需要持續(xù)探索，從實驗室到生產(chǎn)線再到市場的轉變充滿困難?！痹搶＜医忉尫Q。
一位不愿意透露姓名的電池企業(yè)負責人告訴記者，對于固態(tài)電池，豐田汽車始終未公開相關細節(jié)，如能量密度、充放電速率、可充電循環(huán)次數(shù)等基本數(shù)據(jù)。目前看2027年或2028年實現(xiàn)固態(tài)電池量產(chǎn)充滿挑戰(zhàn)。而豐田頻頻宣布在固態(tài)電池方面有所進展，主要還是為了提振市場信心。
“固態(tài)電池的商業(yè)化進程仍然面臨著許多挑戰(zhàn)?！痹撠撠熑苏f。從基礎研究層面看，固態(tài)電池目前存在循環(huán)差，倍率和低溫性能不理想等問題；從工程化層面看，產(chǎn)業(yè)鏈配套仍不成熟，材料開發(fā)和生產(chǎn)工藝均需要突破；從量產(chǎn)推廣層面看，成本、規(guī)?；慨a(chǎn)設備、一致性等問題有待提前布局；從整車應用層面，快充能力、高低溫性能、循環(huán)性能以及脈沖功率均需要進行適配性開發(fā)。
持有類似觀點的，還有寧德時代首席科學家吳凱?！半姵爻杀緶p半聽起來讓人很興奮，我也覺得如果真能做到的話，那對整個行業(yè)來說絕對是顛覆性的。”不過，吳凱認為，電池成本減半其實很難做到，即使固態(tài)電池完全不需要電解液和隔膜，成本也降不了一半。
此外，在能量密度的層面，基于現(xiàn)有的石墨或硅的負極材料體系，無論電解質是什么形態(tài)，電池的能量密度不會有本質提高。因此能量密度探索的重點方向是金屬鋰負極，而相對于液態(tài)電解質，固態(tài)電解質更適合與金屬鋰結合。吳凱表示，目前固態(tài)電池技術成熟度等級仍然在前期階段，還有些行業(yè)核心問題亟待解決。但他同時承認，技術確實是在變革中，至于2027年如何，目前很難預測。
數(shù)據(jù)來源：SNE Research
在賽迪顧問汽車產(chǎn)業(yè)研究中心高級分析師宋爽看來，即便豐田汽車真在2027年造出了固態(tài)電池，短期內對全球鋰電產(chǎn)業(yè)鏈影響也不大。主要原因一是由于固態(tài)電池在產(chǎn)業(yè)化初期階段，市場規(guī)模和產(chǎn)業(yè)鏈結構尚未完全形成，而我國鋰電產(chǎn)業(yè)鏈體系已經(jīng)較為完整，固態(tài)電池的量產(chǎn)可能會促進新材料和新技術的應用和發(fā)展，成為傳統(tǒng)鋰電池的補充路線之一，但并不會完全取代傳統(tǒng)鋰電池。二是固態(tài)電池的優(yōu)勢在于高能量密度、高安全性等方面，可能會與傳統(tǒng)鋰電池產(chǎn)生一定程度的競爭局面。此外，固態(tài)電池量產(chǎn)后仍面臨成本、制造工藝和良率等問題，其市場份額和影響力在短期內可能不會迅速擴大。
下一代電池技術？
豐田能否如期量產(chǎn)尚未可知，但固態(tài)電池的確是業(yè)界公認的下一代電池技術方向。
動力電池是新能源汽車的核心部件，成本約占整車的40%，直接影響著電動汽車的續(xù)航能力和安全性。當前，以磷酸鐵鋰和三元鋰電池為代表的液態(tài)鋰離子電池已發(fā)展成為行業(yè)的主流技術。但隨著電池技術的更迭，液態(tài)鋰電池的能量密度已經(jīng)接近理論上限，在不更新材料的前提下，很難取得大幅提升。
而固態(tài)電池使用固體電解質替代了傳統(tǒng)鋰電池的電解液和隔膜，更安全、能量密度更高、循環(huán)性能更強。在中國科學院院士歐陽明高看來，全固態(tài)電池是對現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池的徹底顛覆。一方面，鋰離子的傳輸機理完全改變，硫化物固態(tài)電解質可提高鋰離子遷移數(shù)，高的離子遷移數(shù)有利于降低充放電過程中的濃差極化，使電池產(chǎn)生高的能量密度和功率密度；另一方面，全固態(tài)電池具有從100攝氏度到零下幾十攝氏度的寬溫度性能，使得電池能夠在更多類型溫度環(huán)境下正常使用。此外，全固態(tài)電池電壓窗口提高后，正負極材料的選擇范圍大大提升，甚至可以在全固態(tài)電池中使用在燃料電池中應用的雙極板。
“里程焦慮”是困擾新能源汽車消費者的最大問題之一，而電極材料通過電芯能量密度的上限，最終影響新能源汽車的續(xù)航里程。宋爽進一步解釋道，電解液在高電壓下易與電極發(fā)生化學反應，而固態(tài)電解質電化學窗口較寬，可以兼容高鎳三元、富鋰錳基等正極材料，以及硅基、金屬鋰等負極材料，實現(xiàn)了電池材料體系的全面迭代，使電池能量密度實現(xiàn)大幅躍升。在組裝層面，固態(tài)電池電芯可以實現(xiàn)先串聯(lián)后并聯(lián)的方式一次成組，可實現(xiàn)空間利用率的提升，用于新能源汽車的電池系統(tǒng)能量密度可以進一步提高。
業(yè)界估計，液態(tài)鋰電池的能量密度上限為350Wh/kg左右，而固態(tài)電池能量密度最高可達500Wh/kg。更高的能量密度，意味著在體積相同的情況下，可提供的能量更多，也意味著固態(tài)電池可以用更小的體積，實現(xiàn)液態(tài)電池的續(xù)航距離，這對電動汽車發(fā)展影響深遠。
同時，固態(tài)電池在安全性能方面也具備較大優(yōu)勢。固態(tài)電解質可抑制鋰枝晶生長，降低短路風險，提升安全性?！半姵氐陌踩允切履茉雌囎钪匾男阅苤笜恕２捎每扇加袡C電解液的傳統(tǒng)鋰離子電池，在過度充電、短路等情況下，電解液存在熱失控危險。”宋爽告訴記者，“而固態(tài)電解質大多耐高溫且不可燃，鋰枝晶在固態(tài)電解質中生長速度緩慢，電池短路和自燃的風險可大幅降低，大大提升電池安全性?！?
中國、韓國、日本是全球三大動力電池生產(chǎn)國，全球十大動力電池公司中國有6家、韓國有3家，日本有1家?，F(xiàn)階段，我國半固態(tài)電池已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)裝車，全固態(tài)電池仍在研發(fā)過程中，尚未確定量產(chǎn)時間表。日韓以全固態(tài)電池研發(fā)為主，仍面臨界面阻抗大、電解質不穩(wěn)定、成本居高不下的難題。韓國SK正在研發(fā)聚合氧化物復合材料電池和硫化物電池兩款固態(tài)電池，計劃在2026年完成早期原型，2028年實現(xiàn)商業(yè)化。韓國LG新能源計劃2026年之前實現(xiàn)半固態(tài)電池商業(yè)化，2028年推出聚合物固態(tài)電池和硫化物固態(tài)電池，2030年推出性能更高的硫化物固態(tài)電池。韓國三星SDI目前正在進行材料驗證，也計劃在2027年量產(chǎn)固態(tài)電池。
續(xù)航更長、充電更快、價格更低，是動力電池業(yè)界共同的追求。汽車電動化轉型的浪潮，已經(jīng)勢不可擋。日前，豐田汽車會長豐田章男再度“炮轟”電動汽車引發(fā)廣泛關注，與此同時，豐田汽車社長佐藤恒治卻對外表達了截然不同的觀點：“電動汽車對豐田來說是一個缺失環(huán)節(jié)，這就是等待我們的未來?！?
