一场新的电池革命即将来临,丰田着力研发全固态电池

对于电动车来讲,给电池降温,一直是一件令人头疼的事情,而丰田的全固态电池,将帮助你解决这个难题。丰田计划在2020年前半阶段实现全固态电池的商业化应用。Nikkei x TECH / Nikkei Automotive(日经科技/日经汽车)经研究发现,丰田全固态电池,其基础核心技术,是降低全固态电池的电芯内阻。

一场新的电池革命即将来临,丰田着力研发全固态电池

据日经报道,通过这一技术,丰田打开了全固态电池的商业化路线。以前,由于输出密度低,全固态电池用于电动汽车(EV)时困难重重。(原因:功率密度低,在电芯设计时关联的能量密度无法提高,影响使用,所以很难实现量产化。)丰田通过降低全固态电池的电芯内阻,将全固态电池的体积功率密度提高到约2.5 kW / L。与此同时,体积能量密度成功地提高到了高达约400wh/ L,大约相当于2010年锂离子电池(LIB)2倍左右的水平。

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虽然这一性能水平,目前还无法达到时下最先进的LIB电池(液态锂离子电池)同等水平。但是,根据丰田动力电池生产技术开发部总监岩濑先生的说法,现阶段丰田正以超越LIB为前提,商业化量产为目标,持续推进开发。公司首先以降低内阻技术为基础,在2020年前半阶段,实现一定范围内全固态电池实际应用,之后将以建立大规模生产为目标。

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丰田的4项技术,将全固态电池的体积、功率、密度提升到约2.5kw/ L,体积能量密度提高到约400wh/ L。据该公司称,这几项技术将是丰田在2020年前半期实现全固态电池商业化目标的基础技术。丰田固态电池,具备高离子传导性,基于硫化物的固态电解质,正负极材料正是当下主流LIB活性材料。正极材料丰田将考虑层状氧化物系,如钴酸锂(LCO)、镍-锰-钴酸锂(NMC)、镍钴铝酸锂(NCA)等材料,负极则考虑碳素系等材料。

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岩濑先生说:解决现有EV续航里程与充电时间问题,是丰田在全固态电池商业化应用及投入大量资源的主要原因,还有一点,就是希望实现EV电池,其体积能量密度,可以达到现有LIB至少2倍以上的水平。以及大幅降低充电时间(快充现状需要30分钟以上,时间降低到1/3以下)。

现有的EV汽车,与燃油车相比车辆成本更高,同时单次充电的续航里程短,充电耗时较长,种种因素极大地阻碍了电动汽车的普及。而全固态电池,针对上述问题,至少很大程度上能改善续航里程短,充电时间长的可能性。丰田固态电池,还具备无需冷却,尺寸小等优势。

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岩濑先生表示,全固态电池之所以能大幅提高电池的体积能量密度,区主要原因在于,固体电解质具有高阻燃性和耐热性。现有的LIB通常使用易燃的有机电解液作为电解质。这种电解质溶液一般在80度以上就会分解产生气体,甚至导致爆炸或火灾等危险。而在全固态电池中使用的固体电解质,具备即使200度也无法燃烧的阻燃性,以及可承受80-150度高温的耐热性。减小了起火爆炸的风险,同时现有的LIB电池,其必不可少的排气和冷却系统也能直接省略。因此,即使全固态电池的体积能量密度等同于LIB,也可能实现至少2倍以上的电池体积能量密度。

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根据日本NEDO的研究数据,现有的LIB电池中,电芯的体积比率大概为20~50%,假如采用全固态电池的话,电池不需要冷却系统,体积也能减小到现有EV车型LIB电池大概一半的大小。

综上所述:丰田的全固态电池,从未来前景上看,要优越于LIB电池(液态锂离子电池),尤其是无需冷却和占用空间小这两项优势,成为我看好它的重要原因,希望全固态电池可以早日推出,超越液态锂离子电池,并应用到电动车中。


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