豐田全固態電池商業化之路①

豐田計劃在2020年代前半階段實現全固態電池的商業化使用。NikkeixTECH/NikkeiAutomotive的研究發現，其基礎的核心技術是實現了降低全固態電池的電芯內阻的技術。

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道路。原本由于輸出密度低，全固態電池用于電動車（EV）用途時困難重重。（備注：功率密度低的話，在電芯設計時關聯的能量密度也無法提高，這樣就很難實現量產化。）

豐田通過這項基礎技術，將全固態電池的體積功率密度提高到約2.5kW/L。與此同時，體積能量密度成功地提高到了高達約400wh/L，相當于2010年左右的鋰電池（LIB）約莫2倍的水平。

雖然這一性能水平目前還無法達到時下最先進的LIB電池同等水平，但是，依據豐田動力電池加工技術開發部總監巖瀨先生的說法，現階段豐田正在以超越LIB為提前的商業化量產為目標繼續推進開發，該公司首先將利用上述降低內阻技術為基礎，在2020年前半階段內實現一定數量范圍內的全固態電池實際使用，之后將建立大規模加工技術的目標。

圖1：豐田實現商業化使用的全固態電池基礎技術及對應效果

豐田通過圖中對策所示的4項技術，將其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，這些技術，將是豐田在2020年代前半期內實現全固態電池商業化目標的基礎技術。

豐田目標在2020年前半階段內實現商業化的全固態電池使用的是，具備高離子傳導性的基于硫化物的固態電解質，正負極材料則活用了現下主流的LIB活性材料，詳盡而言，正極考慮層狀氧化物系[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候選材料。

處理現有EV續航里程與充電時間的問題

豐田在全固態電池商業化使用中投入大量資源的，還有一點就是實現EV電池pack的體積能量密度達到現有LIB的至少2倍以上（巖瀨先生所述），以及大幅降低快速充電時間（現狀需要30分鐘以上的快充時間降低到1/3以下）的研發。

現有的EV汽車，與燃油車相比車輛價格高，同時單次充電的續航里程短，充電需要時間長，等因素極大地妨礙了電動車的普及。而全固態電池，針對上述問題，至少具備很大程度上能改善續航里程短，充電時間長的可能性。

不需要冷卻，Pack尺寸大幅減小

據巖瀨先生表示，全固態電池之所以能大幅提高電池Pack的體積能量密度的一大原由在于，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度以上就會分析萌生氣體，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Pack包內必不可少的排氣和冷卻系統也能筆直省略。因此，即使全固態電池的體積能量密度等同于LIB，也可能實現至少2倍以上的電池pack體積能量密度。

依據日本NEDO的研究數據，現有的LIB電池pack中電芯的體積比率大概為20~50%（圖2），而采用全固態電池的化，電池Pack不需要冷卻系統，體積能減小到現有EV上LIB空冷式電池Pack大概一半左右的大小。

圖2：在現有的LIB電池Pack中，電芯的體積比率低

數據a~g是現有搭載LIB電池Pack的一部分車型數據。目前，Pack中電芯所占體積比率最高也不到50%，因為需要配置排氣以及冷卻系統的相關空間。

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