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繼續(xù)押寶全固態(tài)電池，我們終于看到豐田在電動化領(lǐng)域的野心。
近日，豐田汽車面向媒體公開舉辦了一場技術(shù)說明會，公布了其“支撐2030年全球純電銷量達到350萬臺的次世代電池技術(shù)”。其中，豐田明確表示，2027-2028年投入實際應(yīng)用“全固態(tài)電池”。
眾所周知，固態(tài)電池一直被視為下一代動力電池。然而，近年來固態(tài)電池卻遲遲不見上車，規(guī)模化量產(chǎn)始終“只聞其聲，不見其人”。豐田的發(fā)聲，讓趨于平靜的固態(tài)電池市場激起一層漣漪，也讓我們看到新的可能。
為何死磕全固態(tài)電池？豐田方面表示，已經(jīng)找到了很好的材料，能夠在2027年至2028年實現(xiàn)該技術(shù)的商業(yè)化，向市場投放配備全固態(tài)電池的純電動汽車。
在純電動汽車市場進入廝殺的白熱化階段，豐田卻躬身于面向未來的全固態(tài)電池路線。電動化步伐本就緩慢的豐田，遠水能否救得了近火？
豐田繼續(xù)“押寶”固態(tài)電池
2021年之時，豐田就表示“全固態(tài)電池的導(dǎo)入將從HEV車型開始”，通過重新評估后明確表示，全固態(tài)電池將搭載到BEV車型上，并挑戰(zhàn)于2027~28年投入實際應(yīng)用。
對于全固態(tài)電池的攻關(guān)，豐田始終沒有停歇。
豐田最早提出相關(guān)動態(tài)是在2008年，與固態(tài)電池初創(chuàng)企業(yè)Ilika展開合作。
2014年，豐田宣布其正在進行固態(tài)電池開發(fā)工作，并且擁有多項技術(shù)專利。2017年，豐田宣布與松下攜手，表示雙方將在固態(tài)電池研發(fā)方面進行長期且深入的合作。
2020年，豐田原計劃在東京奧運會展示固態(tài)電池研發(fā)成果。不過，由于受疫情影響，不得不將計劃推遲到2021年。盡管如此，豐田對外宣稱，已經(jīng)制造出固態(tài)電池的樣品，且安裝到概念車上，并希望成為全球首家量產(chǎn)搭載固態(tài)電池汽車的廠商，計劃于2021年推出原型車，2025年左右開始量產(chǎn)。
從橫向?qū)Ρ葋砜矗S田是業(yè)內(nèi)公認在固態(tài)電池領(lǐng)域最有實力的玩家之一。豐田在全固態(tài)電池領(lǐng)域一直堅持硫化物路線，已經(jīng)擁有超過 1000 件專利。盡管如此，此前豐田在固態(tài)電池領(lǐng)域的研究并不順利，在固態(tài)電池的量產(chǎn)時間上一次次“跳票”。
如今，豐田固態(tài)電池又將量產(chǎn)時間推遲到2027-2028年。首先，可見固態(tài)電池研發(fā)難度之大；其次，也看出豐田對固態(tài)電池的執(zhí)著，始終不曾放棄這條路線。
當(dāng)然，這也與日本政府對固態(tài)電池的大力支持有關(guān)。資料顯示，日本押注硫化物路線，研發(fā)布局最早，技術(shù)和專利全球領(lǐng)先，政府資金扶持力度超2千億日元(約100億元人民幣)，力爭2030年實現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化，能量密度目標500Wh/kg。
瞄準動力電池能量密度、安全以及充電難題等多重痛點，以及在日本政府的大力支持之下，豐田始終押寶全固態(tài)電池。
固態(tài)電池從熱鬧到平靜
固態(tài)電池也一度被視為資本市場的寵兒。
2020年11月，一支“妖股”震驚全球。這支股票叫做QuantumScape(QS.US)。這是一家專注于固態(tài)電池技術(shù)的初創(chuàng)企業(yè)。2020年11月，QuantumScape通過收購殼公司上市，最初估值只有33億美元。
上市之后，QuantumScape股價一路狂奔，市值一度沖上477億美元，超越眾多車企。不過，這支“妖股”不久之后又噴瀉而下。如今，QuantumScape總市值僅為33億美元，一切似乎又回到了原點。
從近幾年資本市場的變化，可以看到業(yè)界對固態(tài)電池技術(shù)路線的期許，也有對新技術(shù)量產(chǎn)可能性的疑慮。甚至有投行人士認為，固態(tài)電池的商業(yè)化仍然有很長的路要走，而且充滿了投機性。
鋰電池是打開電動車時代大門的鑰匙。
2008年鋰電池應(yīng)用于新能源汽車以來，動力電池的能量密度已經(jīng)由最初的100Wh/kg提高到250Wh/kg。從現(xiàn)有的動力電池技術(shù)方案來看，行業(yè)內(nèi)始終在安全與續(xù)航之間尋找平衡。依照目前技術(shù)水平，提升能量密度，而不犧牲電池安全性，并不是一件容易的事。
《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》中明確指出，2025年動力電池單體能量密度要達到350Wh/kg。按照部分動力電池供應(yīng)商的推測，依靠現(xiàn)有電池產(chǎn)業(yè)體系，實現(xiàn)2025年產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期目標難度較大。
固態(tài)電池也就成為電池領(lǐng)域的重要選項。將液態(tài)電解質(zhì)替換為固態(tài)電解質(zhì)，有望大大降低電池?zé)崾Э氐娘L(fēng)險。輝能科技之前向蓋世汽車提供了一組數(shù)據(jù)，其固態(tài)電池包系統(tǒng)能量密度可達480Wh/L，有望使車輛續(xù)航里程接近1200km，快充狀態(tài)下，12分鐘便可充滿80%左右的電量。
液態(tài)電池中，有機溶劑具有易燃性，且抗氧化性較差，目前已接近能量密度上限。鋰離子電池目前基本采取液態(tài)電解質(zhì)，但液態(tài)電解質(zhì)中，有機溶劑具有易燃性、高腐蝕性，同時抗氧化性較差、無法解決鋰枝晶問題。預(yù)計理論能量密度上限為300Wh/kg。
固態(tài)電池大幅提升電池安全，打破液態(tài)電池能量密度瓶頸。固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)，部分或全部替代液態(tài)電解質(zhì)，可大幅提升電池的安全性、能量密度，是現(xiàn)有材料體系長期潛在技術(shù)方向。可見，車企計劃采用固態(tài)電池，是以安全性為短期驅(qū)動因素，而以能量密度為長期驅(qū)動因素。
南方科技大學(xué)清潔能源研究院院長劉科就指出，從能量密度角度來看，再過20年電動車也比不過油車。從另一個角度來分析，新能源汽車能形成對燃油車的壓倒性優(yōu)勢的關(guān)鍵節(jié)點，或許就與固態(tài)電池的大規(guī)模量產(chǎn)有關(guān)，充分解決能量密度、充電速度、里程焦慮以及安全性等短板。
然而，固態(tài)電池面臨的狀態(tài)卻是 “只聽樓梯響，不見人下來”。從技術(shù)發(fā)展角度來看，固態(tài)電池的未來很美好。但是從商業(yè)化的角度來看，固態(tài)電池卻始終在成本與制造的桎梏中無法兩全。
上汽集團副總工程師、上汽捷能汽車技術(shù)有限公司總經(jīng)理朱軍就曾直言，整車企業(yè)將電池的安全放在第一位，然后是電池的壽命與可靠性，以及成本。“不過最后我們計算的還是成本。全固態(tài)電池能量密度再高，主流的電動汽車看重的還是成本。如果固態(tài)電池可以助力車企降低成本，那么應(yīng)該很快就能商用。”
有數(shù)據(jù)顯示，固態(tài)電池成本高于液態(tài)電池，主要體現(xiàn)在固態(tài)電解質(zhì)和正負極。固態(tài)電解質(zhì)用到的部分稀有金屬原材料價格較高，比如，氧化物電解質(zhì)含鋯、硫化物電解質(zhì)含鍺，銅鋰復(fù)合帶價格1萬元/kg。此外，全固態(tài)對生產(chǎn)工藝、成本和質(zhì)量控制也提出了更嚴苛的要求，生產(chǎn)設(shè)備替換率大，全固態(tài)電池成明顯高于現(xiàn)有液態(tài)電池。
對于固態(tài)電池的態(tài)度，寧德時代董事長曾毓群也曾直言不諱，“固態(tài)電池有很多科學(xué)及技術(shù)的基礎(chǔ)問題尚未解決，我們公司深耕10多年，始終認為目前難以形成有技術(shù)可行性和市場競爭力的產(chǎn)品。”
豐田策略：下一代電池一決高下
對于技術(shù)路線充滿執(zhí)著精神的豐田或許并不這樣認為，針對全固態(tài)電池的研發(fā)依舊如火如荼。在技術(shù)說明會上，豐田公布了全固態(tài)電池“新技術(shù)”的發(fā)現(xiàn)。
全固態(tài)電池經(jīng)常被稱為“BEV游戲規(guī)則改寫者”。全固態(tài)電池的電解質(zhì)為固體，離子運動速度更快，對高壓、高溫具備更強的耐受力。能夠帶來穩(wěn)定的高功率、增加續(xù)航里程以及進一步縮短充電時間。
此前，全固態(tài)電池壽命較短是核心課題。固體電解質(zhì)隨著電池的充放電反復(fù)膨脹和收縮，可能會引發(fā)龜裂，導(dǎo)致鋰離子在正負極之間的流動會變得困難。本次，豐田正式公布，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了克服這一課題的新技術(shù)。今后，在核算成本后，將全面進入面向量產(chǎn)研發(fā)的階段。
當(dāng)然，具體是怎樣的新技術(shù)，豐田并未向外界透露太多。但是，我們可以感受到豐田在固態(tài)電池技術(shù)上的先進性。
這似乎也是豐田野心暴露的重要依據(jù)。在鋰離子電池方面難以與中國企業(yè)直面競爭，在全固態(tài)電池上一決高下，或許正是豐田的圖謀。
有機構(gòu)預(yù)測，固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用預(yù)計將呈現(xiàn)梯次滲透趨勢。我們預(yù)計液態(tài)電池到固態(tài)電池的技術(shù)迭代路徑大致遵循“固態(tài)電解質(zhì)-新型負極-新型正極”順序。
階段一：引入固態(tài)電解質(zhì)，保留少量電解液，正負極仍為三元+石墨/硅負極，并采用負極預(yù)鋰化等技術(shù)提高能量密度；階段二：用固態(tài)電解質(zhì)逐步至完全取代電解液，用金屬鋰取代石墨/硅負極，正極仍為三元材料；階段三：逐漸減薄固態(tài)電解質(zhì)的厚度，并用硫化物/鎳錳酸鋰/富鋰錳基等材料取代正極。
這對于主攻硫化物技術(shù)路線的豐田來說，無疑是一條“彎道超車”的可行性路線。
中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高不久前提到一個重要趨勢，“隨著CHATGPT技術(shù)的出現(xiàn)，對新材料的探索效率極大提高，開發(fā)的周期能夠縮短，通過全球的努力，全固態(tài)電池能夠取得成功。”
歐陽明高強調(diào)，全固態(tài)電池技術(shù)雖然面臨著很多挑戰(zhàn)，但仍然是值得追求的目標。“這可以看作是面向2030年值得創(chuàng)新的目標，一定要對全固態(tài)電池技術(shù)路線高度重視。”
也有觀點認為，面對豐田全固態(tài)電池的攻勢，也不必太過憂慮。全固態(tài)電池到了量產(chǎn)的時間，液態(tài)電池的安全性也可能會同步提高，并且能夠很好地兼顧性能、技術(shù)、成本的優(yōu)勢。那么，彼時盡管全固態(tài)電池成功商業(yè)化，液態(tài)電池依舊占據(jù)一席之地。
未來勝負未可知，對于可能的技術(shù)路線，保持警惕之心與敬畏之意，方可變通而圖存。
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