丰田电气化步伐缓慢,远水能拯救近火吗?

继续保护全固态电池,我们终于看到了丰田在电气化领域的野心。

近日,丰田汽车公开为媒体举办技术简报会,宣布“支持2030年全球纯电销量达到350万台的次世代电池技术”。其中,丰田明确表示,“全固态电池”将于2027-2028年投入实际应用。

众所周知,固态电池一直被视为下一代动力电池。然而,近年来,固态电池没有上车,大规模生产总是“只听到声音,看不到其他人”。丰田的声音激起了平静的固态电池市场的涟漪,也让我们看到了新的可能性。

为什么要敲全固态电池?丰田表示,已经找到了一种很好的材料,可以在2027年至2028年实现该技术的商业化,并将配备全固态电池的纯电动汽车投放市场。

在纯电动汽车市场进入白热化阶段,丰田致力于面向未来的全固态电池路线。丰田电气化步伐缓慢,远水能拯救近火吗?

丰田电动化出招:全固态电池2027年上车,远水能否救近火?

图片来源:丰田汽车官方网站

丰田继续“押宝”固态电池

2021年,丰田表示“全固态电池的引入将从HEV车型开始”。经过重新评估,明确表示全固态电池将配备BEV车型,挑战2027~28年投入实际应用。

丰田从未停止过全固态电池的攻关。

2008年,丰田首次提出与固态电池初创企业Ilika合作的相关动态。

2014年,丰田宣布正在开发固态电池,并拥有多项技术专利。2017年,丰田宣布与松下合作,表示双方将在固态电池研发方面进行长期和深入的合作。

2020年,丰田原计划在东京奥运会上展示固态电池的研发成果。然而,由于疫情的影响,该计划不得不推迟到2021年。尽管如此,丰田还是声称已经制造了固态电池样品并安装在概念车上,并希望成为世界上第一家大规模生产固态电池汽车的制造商。计划于2021年推出原型车,2025年左右开始大规模生产。

从横向比较来看,丰田被公认为固态电池领域最强大的玩家之一。丰田一直坚持全固态电池领域的硫化物路线,已经超过了 1000 一项专利。尽管如此,丰田在固态电池领域的研究并不顺利,在固态电池的大规模生产时间上一次又一次地“跳票”。

如今,丰田固态电池将大规模生产推迟到2027-2028年。首先,可以看出,固态电池的研发非常困难;其次,丰田对固态电池的坚持从未放弃过这条路线。

当然,这也与日本政府对固态电池的大力支持有关。数据显示,日本押注硫化物路线研发布局最早,技术专利全球领先,政府资金支持超过2000亿日元(约100亿元),力争2030年实现全固态电池商业化,能量密度目标为500Wh/kg。

丰田电动化出招:全固态电池2027年上车,远水能否救近火?

丰田一直在日本政府的大力支持下,针对电力电池的能量密度、安全性和充电问题,以及丰田一直在押注全固态电池。

固态电池从热闹到平静

固态电池也曾被视为资本市场的宠儿。

2020年11月,一只“妖股”震惊了全世界。这只股票叫QuantumScape。(QS.US)。这是一家专注于固态电池技术的初创企业。2020年11月,QuantumScape通过收购壳公司上市,最初估值仅为33亿美元。

上市后,QuantumScape的股价一路飙升,市值一度超过477亿美元,超过了很多汽车公司。然而,这只“妖股”很快就下跌了。如今,QuantumScape的总市值只有33亿美元,一切似乎都回到了原点。

从近年来资本市场的变化中,我们可以看到行业对固态电池技术路线的期望,以及对新技术大规模生产可能性的怀疑。一些投资银行家甚至认为,固态电池的商业化还有很长的路要走,而且充满了投机性。

锂电池是打开电动汽车时代大门的钥匙。

自2008年锂电池应用于新能源汽车以来,动力电池的能量密度已从最初的100Wh/kg提高到250Wh/kg。从现有的动力电池技术方案来看,该行业一直在寻找安全性和耐久性之间的平衡。根据目前的技术水平,不牺牲电池安全来提高能量密度并不容易。

《汽车行业中长期发展规划》明确指出,2025年电力电池单体能量密度应达到350Wh/kg。根据一些动力电池供应商的推测,依靠现有的电池产业体系,很难实现2025年产业发展的中长期目标。

固体电池已成为电池领域的重要选择。用固态电解质代替液态电解质,有望大大降低电池热失控的风险。辉能科技之前为盖世汽车提供了一组能量密度可达480Wh/h的固态电池组系统数据L,预计车辆续航里程将接近1200公里,在快速充电状态下,12分钟内可充满80%左右的电量。

在液体电池中,有机溶剂易燃,抗氧化性差,接近能量密度上限。目前,锂离子电池基本采用液体电解质,但在液体电解质中,有机溶剂易燃、腐蚀性高,抗氧化性差,无法解决锂枝晶问题。理论能量密度上限预计为300Wh/hkg。

固体电池大大提高了电池的安全性,打破了液体电池能量密度的瓶颈。固体电池采用固体电解质,部分或全部替代液体电解质,可大大提高电池的安全性和能量密度,是现有材料系统的长期潜在技术方向。由此可见,汽车企业计划采用固态电池,以安全为短期驱动因素,以能量密度为长期驱动因素。

南方科技大学清洁能源研究所所长刘科指出,从能量密度的角度来看,电动汽车在20年内无法与油车相比。从另一个角度来看,新能源汽车可以形成燃料汽车压倒性优势的关键节点,这可能与固态电池的大规模生产有关,充分解决能量密度、充电速度、里程焦虑和安全性等缺点。

然而,固态电池面临的状态是 “只听楼梯响,没人下来”。从技术发展的角度来看,固态电池的未来是美好的。然而,从商业化的角度来看,固态电池在成本和制造的束缚下永远无法完全完成。

丰田电动化出招:全固态电池2027年上车,远水能否救近火?

图片来源:丰田汽车官方网站

上汽集团副总工程师、上汽捷能汽车科技有限公司总经理朱军曾坦言,汽车企业把电池的安全放在第一位,然后是电池的使用寿命、可靠性和成本。“但我们最终计算的是成本。无论全固态电池的能量密度有多高,主流电动汽车都重视成本。如果固态电池能帮助汽车公司降低成本,它应该很快商业化。”

数据显示,固态电池的成本高于液态电池,主要体现在固态电解质和正负极上。一些用于固体电解质的稀有金属原料价格较高。例如,氧化物电解质含有锆和硫化物电解质含有锗,铜锂复合带价格为1000元/kg。此外,全固态对生产工艺、成本和质量控制也提出了更严格的要求,生产设备更换率高,全固态电池明显高于现有液态电池。

宁德时代董事长曾玉群对固态电池的态度也直言不讳地表示:“固态电池有许多科技基本问题尚未解决。我公司已经深入培育了10多年,一直认为很难形成具有技术可行性和市场竞争力的产品。”

丰田战略:下一代电池决定竞争

丰田可能不这么认为,全固态电池的研发仍在全面展开。在技术简报中,丰田宣布了全固态电池“新技术”的发现。

全固态电池通常被称为“BEV游戏规则的重写者”。全固态电池的电解质为固体,离子运动速度更快,对高压和高温的耐受性更强。它可以带来稳定的高功率,增加范围,进一步缩短充电时间。

以前,全固态电池寿命短是核心课题。随着电池充放电的反复膨胀和收缩,固体电解质可能会导致开裂,使锂离子在正负极之间的流动变得困难。这一次,丰田正式宣布,已经发现了克服这一话题的新技术。今后,在计算成本后,将全面进入量产研发阶段。

当然,具体情况如何丰田没有向外界透露太多新技术。然而,我们可以感受到丰田在固态电池技术方面的先进性。

这似乎也是丰田野心暴露的重要依据。在锂离子电池方面,很难与中国企业直接竞争。丰田的计划可能是在全固态电池上竞争。

一些机构预测,固态电池技术的发展和应用预计将呈现梯队渗透的趋势。我们预计液态电池到固态电池的技术迭代路径大致遵循“固态电解质-新负极-新正极”的顺序。

阶段1:引入固态电解质,保留少量电解质,正负极仍为三元 石墨/硅负极,采用负极预锂化技术提高能量密度;第二阶段:用固态电解质逐渐完全取代电解质,用金属锂取代石墨/硅负极,正极仍为三元材料;第三阶段:逐渐减少固态电解质的厚度,用硫化物/镍锰酸锂/富锂锰基等材料取代正极。

对于专注于硫化物技术路线的丰田来说,这无疑是一条“弯道超车”的可行路线。

中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高最近提到了一个重要趋势。”随着CHATGPT技术的出现,新材料的探索效率大大提高,开发周期可以缩短。通过全球努力,全固态电池可以成功。”

欧阳明高强调,虽然全固态电池技术面临着许多挑战,但它仍然是一个值得追求的目标。“这可以看作是2030年值得创新的目标,必须高度重视全固态电池技术路线。”

也有人认为,面对丰田全固态电池的攻势,你不必太担心。当全固态电池达到大规模生产时,液态电池的安全性也可能同时提高,并可以很好地考虑性能、技术和成本的优势。因此,尽管当时全固态电池已成功商业化,但液态电池仍占有一席之地。

未来的胜负是未知的,只有对可能的技术路线保持警惕和敬畏,才能灵活。

原创文章,作者:盖世汽车 李争光,如若转载,请注明出处:https://www.car-metaverse.com/202306/212396144.html

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