一場新的電池革命即將來臨,豐田著力研發全固態電池

對於電動車來講,給電池降溫,一直是一件令人頭疼的事情,而豐田的全固態電池,將幫助你解決這個難題。豐田計劃在2020年前半階段實現全固態電池的商業化應用。Nikkei x TECH / Nikkei Automotive(日經科技/日經汽車)經研究發現,豐田全固態電池,其基礎核心技術,是降低全固態電池的電芯內阻。

一場新的電池革命即將來臨,豐田著力研發全固態電池

據日經報道,通過這一技術,豐田打開了全固態電池的商業化路線。以前,由於輸出密度低,全固態電池用於電動汽車(EV)時困難重重。(原因:功率密度低,在電芯設計時關聯的能量密度無法提高,影響使用,所以很難實現量產化。)豐田通過降低全固態電池的電芯內阻,將全固態電池的體積功率密度提高到約2.5 kW / L。與此同時,體積能量密度成功地提高到了高達約400wh/ L,大約相當於2010年鋰離子電池(LIB)2倍左右的水平。

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雖然這一性能水平,目前還無法達到時下最先進的LIB電池(液態鋰離子電池)同等水平。但是,根據豐田動力電池生產技術開發部總監巖瀨先生的說法,現階段豐田正以超越LIB為前提,商業化量產為目標,持續推進開發。公司首先以降低內阻技術為基礎,在2020年前半階段,實現一定範圍內全固態電池實際應用,之後將以建立大規模生產為目標。

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豐田的4項技術,將全固態電池的體積、功率、密度提升到約2.5kw/ L,體積能量密度提高到約400wh/ L。據該公司稱,這幾項技術將是豐田在2020年前半期實現全固態電池商業化目標的基礎技術。豐田固態電池,具備高離子傳導性,基於硫化物的固態電解質,正負極材料正是當下主流LIB活性材料。正極材料豐田將考慮層狀氧化物系,如鈷酸鋰(LCO)、鎳-錳-鈷酸鋰(NMC)、鎳鈷鋁酸鋰(NCA)等材料,負極則考慮碳素系等材料。

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巖瀨先生說:解決現有EV續航里程與充電時間問題,是豐田在全固態電池商業化應用及投入大量資源的主要原因,還有一點,就是希望實現EV電池,其體積能量密度,可以達到現有LIB至少2倍以上的水平。以及大幅降低充電時間(快充現狀需要30分鐘以上,時間降低到1/3以下)。

現有的EV汽車,與燃油車相比車輛成本更高,同時單次充電的續航里程短,充電耗時較長,種種因素極大地阻礙了電動汽車的普及。而全固態電池,針對上述問題,至少很大程度上能改善續航里程短,充電時間長的可能性。豐田固態電池,還具備無需冷卻,尺寸小等優勢。

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巖瀨先生表示,全固態電池之所以能大幅提高電池的體積能量密度,區主要原因在於,固體電解質具有高阻燃性和耐熱性。現有的LIB通常使用易燃的有機電解液作為電解質。這種電解質溶液一般在80度以上就會分解產生氣體,甚至導致爆炸或火災等危險。而在全固態電池中使用的固體電解質,具備即使200度也無法燃燒的阻燃性,以及可承受80-150度高溫的耐熱性。減小了起火爆炸的風險,同時現有的LIB電池,其必不可少的排氣和冷卻系統也能直接省略。因此,即使全固態電池的體積能量密度等同於LIB,也可能實現至少2倍以上的電池體積能量密度。

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根據日本NEDO的研究數據,現有的LIB電池中,電芯的體積比率大概為20~50%,假如採用全固態電池的話,電池不需要冷卻系統,體積也能減小到現有EV車型LIB電池大概一半的大小。

綜上所述:豐田的全固態電池,從未來前景上看,要優越於LIB電池(液態鋰離子電池),尤其是無需冷卻和佔用空間小這兩項優勢,成為我看好它的重要原因,希望全固態電池可以早日推出,超越液態鋰離子電池,並應用到電動車中。


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