非田
10月12日,豐田與出光達(dá)成協(xié)議,目標(biāo)是全面量產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)用全固態(tài)電池
日前,豐田汽車(chē)與日本石油化工巨頭出光興產(chǎn)株式會(huì)社(下簡(jiǎn)稱(chēng)“出光”)達(dá)成合作協(xié)議,雙方將共同開(kāi)發(fā)固體電解質(zhì)的量產(chǎn)技術(shù),宣布將在2027-2028年達(dá)成實(shí)用化的目標(biāo),并盡快量產(chǎn)。
在記者會(huì)上,豐田公司的社長(zhǎng)佐藤恒治無(wú)不興奮地表示,兩家公司攜手合作,必將穩(wěn)步提升實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池量產(chǎn)的能力。
近年來(lái),豐田頻頻宣布在固態(tài)電池方面有所進(jìn)展,從耐久性問(wèn)題到成本控制,再到宣布量產(chǎn)規(guī)模和時(shí)間,儼然一副成竹在胸、勢(shì)在必得的模樣。
與現(xiàn)今主流的液態(tài)鋰電池相比,固態(tài)電池在安全性、能量密度、體積、量產(chǎn)后的成本方面都存在明顯的優(yōu)勢(shì),多重優(yōu)點(diǎn)疊加之下,對(duì)新能源汽車(chē)乃至飛行汽車(chē)未來(lái)的發(fā)展都有舉足輕重的影響,稱(chēng)得上是動(dòng)力電池行業(yè)顛覆式的創(chuàng)新,也是電池未來(lái)發(fā)展的重要方向之一。
但就如今所掌握的信息和各家技術(shù)水平而言,現(xiàn)階段的電池距離豐田喊出的“續(xù)航距離延長(zhǎng)2.4倍”“充電10分鐘行駛1200公里”等口號(hào),還有明顯的距離。
1991年,索尼發(fā)布人類(lèi)歷史上首個(gè)可商用的鋰電池,因其約2倍于此前鎳氫電池的能量密度與合理的成本,鋰電池迅速成為電池行業(yè)的主流方案,實(shí)現(xiàn)了電池行業(yè)的一次革命。
如今,30多年過(guò)去了,液態(tài)鋰電池研發(fā)制造已經(jīng)接近天花板。業(yè)界普遍認(rèn)為,液態(tài)鋰電池能量密度的理論上限在350Wh/kg左右,而目前大規(guī)模商用的液態(tài)鋰電池,能量密度大多都在向300Wh/kg靠攏,卻難以突破。可即便真突破了,天花板也相對(duì)有限,這也是各家電池廠商都在緊鑼密鼓研發(fā)固態(tài)電池的原因之一。
單從原理上來(lái)說(shuō),固態(tài)電池并不復(fù)雜,傳統(tǒng)的液態(tài)鋰離子電池由正負(fù)極、隔膜、電解液構(gòu)成,因?yàn)闈舛炔?,鋰離子在正負(fù)極間不斷移動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)充電和放電,因此這種電池也有個(gè)很生動(dòng)的形容,名為“搖椅式電池”。
而固態(tài)電池則是將液態(tài)離子電池中的電解液和隔膜更換成了固態(tài)電解質(zhì),即將在離子來(lái)回移動(dòng)的通路變成固態(tài),在固態(tài)的電解質(zhì)中,離子移動(dòng)速度更快,也更為穩(wěn)定,從而得以實(shí)現(xiàn)安全快充。
安全性和更高的能量密度,是固態(tài)電池最明顯的優(yōu)勢(shì),這樣的優(yōu)勢(shì)也賦予了行業(yè)未來(lái)發(fā)展無(wú)限的想象空間。
某汽車(chē)媒體主編Q先生告訴《看世界》,由于固態(tài)電池用固態(tài)的電解質(zhì)代替了現(xiàn)有電池中的有機(jī)溶劑類(lèi)電解液,在安全性上有明顯提升:電解液本身易燃易揮發(fā),在充放電時(shí),能量控制和穩(wěn)定性往往會(huì)更差一些,這也是部分新能源車(chē)會(huì)自燃的原因之一;而固態(tài)的電解質(zhì)通常更為穩(wěn)定,“只要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,固態(tài)電池是有可能實(shí)現(xiàn)電池永不起火、永不爆炸”。
從理論上來(lái)說(shuō),固態(tài)電池能量密度最高可達(dá)700Wh/kg,比液態(tài)鋰電池的理論數(shù)值整整翻了一倍。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,達(dá)成如今液態(tài)電池的續(xù)航距離,這對(duì)安全性和車(chē)輛布局影響深遠(yuǎn)。
據(jù)Q先生介紹,由于液態(tài)電池體積較大,略顯笨重,因此大多新能源車(chē)的電池都會(huì)被安置在底盤(pán)部位,而底盤(pán)本就容易剮蹭,一旦發(fā)生較大剮蹭或劇烈碰撞,即便沒(méi)有立刻影響行車(chē)安全,也會(huì)埋下安全隱患。因此,在中國(guó)新車(chē)評(píng)價(jià)規(guī)程(C-NCAP)2024版征求意見(jiàn)稿中,加入了電動(dòng)汽車(chē)刮底試驗(yàn)規(guī)程。
而一旦電池體積減小,就不一定非得安裝在汽車(chē)底盤(pán)上或非貼近底盤(pán)不可—這不僅更安全,也會(huì)改變新能源汽車(chē)內(nèi)部布局的設(shè)計(jì)思路。佐藤恒治也表示,全固態(tài)電池將給車(chē)企帶來(lái)更大的自由度,容易做出更具吸引力的設(shè)計(jì),并為車(chē)廂的空間布局做出有利的設(shè)定。
豐田現(xiàn)有純電車(chē)型bZ4X
日產(chǎn)Max-Out EV敞篷概念跑車(chē)計(jì)劃采用固態(tài)電池技術(shù)
30多年過(guò)去了,液態(tài)鋰電池研發(fā)制造已經(jīng)接近天花板。
如果把目光放得更長(zhǎng)遠(yuǎn)一些,固態(tài)電池或許還能推動(dòng)飛行汽車(chē)行業(yè)發(fā)展。為了更長(zhǎng)的續(xù)航,飛行汽車(chē)不得不安裝更大更重的電池,而更大更重的電池本身就影響著續(xù)航距離。提升電池能量密度,是解決這一困境的重要思路,這正是固態(tài)電池最大的優(yōu)勢(shì)所在。
而其他諸如充電慢、充放電不穩(wěn)定等目前困擾飛行汽車(chē)的問(wèn)題,也將隨著固態(tài)電池的大規(guī)模商用,得到不同程度的解決。
正是因?yàn)楣虘B(tài)電池如此強(qiáng)勢(shì),豐田夸下了??冢瑩?jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》報(bào)道,豐田計(jì)劃到2026年,將純電動(dòng)汽車(chē)的全球銷(xiāo)量提高到150萬(wàn)輛,到2030年增至350萬(wàn)輛。
固態(tài)電池一度被認(rèn)為是豐田“逆風(fēng)翻盤(pán)”的重要支撐,日本媒體一度曾用“車(chē)載全固態(tài)電池將是日德‘決戰(zhàn)”的說(shuō)法,來(lái)形容固態(tài)電池的重要性。按照豐田的估算,配備全固態(tài)電池的汽車(chē)可實(shí)現(xiàn)充電10分鐘續(xù)航1200公里,這與豐田現(xiàn)有車(chē)型bZ4X充電30分鐘理論續(xù)航600公里相比,有了質(zhì)的提升。
豐田與出光的合作,是兩個(gè)迫切需要轉(zhuǎn)型企業(yè)間的聯(lián)手。如今86歲的豐田顯得多少有些老態(tài)龍鐘,一度問(wèn)鼎世界第一車(chē)企寶座的老牌企業(yè),在新能源汽車(chē)時(shí)代下,豐田似乎只留下了一個(gè)蹣跚和落寞的背影。
而出光則是一家石油化工為主的企業(yè)。其社長(zhǎng)木藤俊一稱(chēng),公司從1970年代的石油危機(jī)起,出于對(duì)石油枯竭的擔(dān)心,該司就在著手研究替代能源和材料,許多成果已經(jīng)成功商用。
目前,以硫化物作為固態(tài)電解質(zhì),是固態(tài)電池的研究方向之一,而硫化物本身是石油行業(yè)的一種副產(chǎn)品,這也是雙方此次牽手的重要原因。
據(jù)了解,兩家公司為此次合作,組建了涵蓋技術(shù)、采購(gòu)、物流、生產(chǎn)技術(shù)等多部門(mén)的特別工作組,將以高容量、高輸出功率且容易實(shí)現(xiàn)的“硫化物系”固態(tài)電解質(zhì)為對(duì)象。
豐田方面表示,固態(tài)電解質(zhì)的材料成分專(zhuān)利為豐田所有,而出光制造的材料,具有耐水性強(qiáng)、離子傳導(dǎo)性好、柔軟性好三個(gè)特征,兩家公司的材料研發(fā)技術(shù)、出光的材料制造技術(shù)、豐田的電池量產(chǎn)技術(shù)將結(jié)合起來(lái),實(shí)現(xiàn)全流程覆蓋。
公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示,兩家公司在全固態(tài)電池和其材料硫化物固態(tài)電解質(zhì)方面的專(zhuān)利數(shù)量均居世界頂級(jí)水平,截至今年6月,擁有“硫化物”和“固態(tài)電解質(zhì)”相關(guān)專(zhuān)利共約200個(gè),出光在硫化鋰的相關(guān)專(zhuān)利數(shù)更是日本全國(guó)第一。
當(dāng)然,橫亙?cè)诠虘B(tài)電池前的另一大問(wèn)題,是如何控制成本。據(jù)日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)估算,全固態(tài)電池(硫化物類(lèi))的制造成本為每千瓦時(shí)6萬(wàn)-35萬(wàn)日元(約合人民幣2900-17000萬(wàn)元),比現(xiàn)有鋰離子電池高4-25倍。
固態(tài)電池被認(rèn)為是豐田那張打出就能逆襲的底牌,但與商戰(zhàn)故事里,傳統(tǒng)意義上直到最后一刻才亮出的底牌不同,豐田這張底牌更像是一張人盡皆知的“明牌”—被外界認(rèn)為在電動(dòng)化轉(zhuǎn)型步伐相對(duì)緩慢的豐田,不斷宣布將向當(dāng)前電池領(lǐng)域的最優(yōu)技術(shù)發(fā)起沖擊,個(gè)中的反差,不禁讓人備感玩味。
每隔一段時(shí)間,豐田就要把固態(tài)電池的最新進(jìn)展推到臺(tái)前,就像“狼來(lái)了”的故事一樣。但不同的是,豐田或許不是故事里那個(gè)孩子,而更像是那頭不知何時(shí)會(huì)出現(xiàn)的“狼”,Q先生表示,豐田可能是真的厲害,但也可能是營(yíng)銷(xiāo),在2027年前,恐怕這個(gè)問(wèn)題沒(méi)人能給出準(zhǔn)確的答案。
上汽清陶固態(tài)電池
安全性和更高的能量密度,是固態(tài)電池最明顯的優(yōu)勢(shì)。
持有類(lèi)似觀點(diǎn)的,還有寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱。他在今年7月的2023中國(guó)汽車(chē)論壇上曾表示,目前而言固態(tài)電池還有一些亟待解決的問(wèn)題,即便放眼全球,整個(gè)行業(yè)沒(méi)有一家企業(yè)能在當(dāng)下實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),但他同時(shí)承認(rèn),技術(shù)確實(shí)是在變革中,認(rèn)為“至于2027年如何,目前很難預(yù)測(cè)”。
Q先生告訴《看世界》,與國(guó)內(nèi)相比,日本是舉全國(guó)之力,在開(kāi)發(fā)甚至“押寶”固態(tài)電池,因此在理論和專(zhuān)利數(shù)量上存在優(yōu)勢(shì),“豐田在固態(tài)電池相關(guān)的專(zhuān)利數(shù)量上和掌握的技術(shù)原理方面,確實(shí)領(lǐng)先其他企業(yè)一定的身位”。
而《日本經(jīng)濟(jì)新聞》在2019年時(shí)也曾報(bào)道稱(chēng),日本為了確保汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)地位,政府與民營(yíng)企業(yè)正在攜手致力于實(shí)用化。
但Q先生也表示,頭部企業(yè)間并不存在代際差距,目前已交付的半固態(tài)電池和已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室的固態(tài)電池,與傳統(tǒng)的液態(tài)電池相比,也已經(jīng)是很大的突破了。
上汽集團(tuán)與國(guó)內(nèi)固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)清陶能源合作的固態(tài)電池,現(xiàn)已完成裝車(chē)試驗(yàn),其能量密度達(dá)368Wh/kg;衛(wèi)藍(lán)新能源交付給蔚來(lái)的半固態(tài)電池,能量密度也突破了液態(tài)電池的理論天花板,達(dá)360Wh/kg;而被稱(chēng)為“寧王”的寧德時(shí)代,其于今年4月發(fā)布了一款被分析師認(rèn)為是“類(lèi)半固態(tài)電池”的新品,其能量密度高達(dá)500Wh/kg。
國(guó)內(nèi)目前研發(fā)與迭代速度很快,且國(guó)內(nèi)新能源車(chē)持續(xù)熱銷(xiāo),國(guó)內(nèi)汽車(chē)可以依托快速上車(chē)量產(chǎn)的模式,實(shí)現(xiàn)短期內(nèi)多次迭代,這也就意味著,退一步說(shuō),即便豐田真在2027年造出了固態(tài)電池,留給豐田獨(dú)享固態(tài)電池利好的時(shí)間,或許也已經(jīng)不多了。
責(zé)任編輯吳陽(yáng)煜 wyy@nfcmag.com