丰田那款热销国内外的搅拌引力车将不会动用锂离子电瓶,下一代丰田普锐斯将不会选用锂离子电瓶千赢官网登录

最近,日本《工业新闻日刊》(Nikkan
Kogyo)撰文表示,下一代丰田普锐斯将不会采用锂离子电池。

据日本媒体报道,丰田汽车决定推迟发布第三代普锐斯混合动力车,全新普锐斯可能在2009年春面市。

动力电池是新能源汽车的心脏,动力电池性能对整车性能起着决定性的作用。在当前锂离子电池体系下,依靠高镍三元正极、硅碳负极和电解液的组合将在3-5年内达到性能极限(能量密度上限350Wh/Kg),但仍无法彻底满足动力电池对安全性、能量密度与成本的要求。而由于固态电池在安全性与能量密度方面具备更大潜力,近年来受到了学术界与产业界的广泛关注。本文将对固态电池的原理、优点、研发现状、前景等方面进行系统梳理,揭示重视固态电池的必要性。

文章指出,丰田公司的供应商已于5月份被告知,丰田出于安全考虑将不会采用此类电池。丰田在一次发言中拒绝对该文章作出任何评价。

日本《工业新闻日刊》(Nikkan
Kogyo)透露,丰田考虑到“慢工出细活”,可能在精心筹备后推迟发布原定2008年下半年推出的全新普锐斯。丰田这款畅销全球的混合动力车将不会采用锂离子电池,以取代目前第二代车型上装配的镍氢电池。

摘要

最近,日产与NEC,三菱与GS汤浅都建立了合作关系了生产锂离子电池。显然,丰田此举与汽车制造商与电池生产商合作发展锂离子电池技术的趋势相左。厂商发展该项技术的主要顾虑在于电池内部的短路问题,去年索尼公司正是因为笔记本电脑锂离子电池短路引起起火召回大量产品。如果该文章的报道真实,那么丰田仍将采用电容量稍小的镍氢电池作为下一代混动车型的燃料。

丰田与松下电气建立了合作关系生产锂离子电池,这种电池相比目前普遍采用的镍氢电池具备更小、更轻以及更高电容量的优点,然而丰田似乎并不急于将新技术应用于新车型上。锂离子电池内部的短路问题是一大忧患,去年索尼公司正是因为笔记本电脑锂离子电池短路引起起火召回大量产品,丰田鉴于安全问题可能仍采用镍氢电池作为下一代混动车型的燃料。

固态锂电池即电解质采用固态材料的锂二次电池。它与传统锂离子电池的区别在于以固态电解质替代了传统锂离子电池的电解液、电解质盐、隔膜。

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固态锂电池具有两方面潜在优势。一、安全性高。采用有机电解液的传统锂离子电池,在过度充电、内部短路等异常情况下容易导致电解液发热,有自燃甚至爆炸的危险。而全固态锂电池基于固态材料不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题;二、能量密度高。固态电解质无需隔膜与电解液,可以节约近40%的体积和25%的质量。如果配套新的正负极材料可以使得电化学窗口达到5V以上,有望将能量密度提高至500Wh/Kg。

自普锐斯1997年面市成为全球首款量产混合动力车后,丰田2003年在进行了大幅改进后推出了第二代车型,该车一直畅销至今。今年丰田将普锐斯的产量目标提高了40%,达28万辆。
今年5月底丰田混合动力车累计销量超过100万辆之时,普锐斯的累计销量为75.76万辆。该车在日本国内、北美、欧洲等海外市场的销量惊人,去年丰田混合动力车全球销量为31.3万辆,其中18.6万辆为普锐斯。

当前新能源汽车行业主管部门对动力电池性能提出了非常高的要求。根据《汽车产业中长期发展规划》和《节能与新能源汽车技术路线图》的指引,动力电池系统能量密度需要在2025-2030年达到350Wh/Kg(对应单体能量密度500Wh/Kg)以满足普通电动汽车的续航里程要求。因此,固态电池也被广泛认为是下一代动力电池技术。

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过去十年内固态电池领域专利数量增长超过10倍,固态电池正逐渐受到业界重视。尤其是整车企业,开始通过内部研发、投资入股初创企业或合作研发等多种形式加快布局整合。其中处于固态电池研发前沿的主要有两家代表企业——汽车巨头丰田和初创企业Solid
Energy。这两家公司的固态电池产品能量密度已经显着优于当前的锂离子电池,并已经有相关产品或明确的量产计划。丰田在固态电池领域拥有大量专利(252件,占比13%,全球第一),同时计划在2030年前向电池领域投入研发资金130亿美元。目前丰田基于硫化物电解质、石墨类负极的锂离子电池路线推进固态电池产业化,实验室产品能量密度达到400Wh/Kg,预计2022年推出搭载全固态电池的电动车型,2025年实现量产。

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SolidEnergy由麻省理工学院的技术人员创办,目前获得了通用汽车、上汽、淡马锡等机构的投资。与丰田不同,Solid
Energy目前基于半固态电解质和锂金属负极组合的路线,其产品为锂金属电池而非锂离子电池。采用锂金属负极理论上可以实现更高的能量密度,但如果组合液态电解质容易导致锂枝晶刺穿隔膜导致短路引发安全问题,组合全固态电解质则不易实现较高的离子导电率。Solid
Energy采用折中的半固态电解质路线,2017年从航空航天领域入手推出容量为3Ah的Hermes™电池,质量和体积能量密度分别达到450Wh/Kg和1200Wh/L,目前以每月5000个电池的速度量产,并且通过了第三方的检测。其面向电动汽车领域的Apollo™电池预计将于2020年推出。

中国在固态电池领域的研发目前与韩国、美国同处于第二梯队,而且主要以中科院和高校等科研机构为主。国内目前有三个团队在固态电池领域研发较为领先。中科院青岛能源所储能院崔光磊团队目前已研制出全海深高能量密度高安全固态锂电池动力系统,能量密度达300Wh/Kg,并且应用于在马里亚纳海沟完成1万米的深海高压环境。中科院宁波材料所许晓雄团队已经开发出能量密度达到260Wh/Kg的10Ah固态单体电池,目前与赣锋锂业合作推进产业化。中科院物理所李泓团队开发出能量密度达310-390Wh/Kg的10Ah软包电芯,目前正与卫蓝新能源合作建设中试线。

不过也并非所有车企都在发力固态电池。作为电动汽车先驱,特斯拉目前还没有在固态电池方面拥有一件专利,特斯拉在电池领域拥有的244件专利主要集中在电池系统、电池包和充电领域,而在材料方面专利较少。特斯拉选择的技术路线是以NCA为正极材料、硅碳负极、电解液为组合,通过大规模量产来把成本降低至$100/KWh,未来通过改良正极材料进一步达到350-400Wh/Kg的能量密度。对于固态电池技术,特斯拉CEO马斯克认为“有一定前景”,但是距离技术成熟还需要时间,目前也不足以“改变特斯拉的战略”。

综合来看,固态电池具备成为下一代动力电池技术的潜力,但是目前还没有成熟的产品能够在能量密度、安全性和循环寿命三方面同时显着优于当前的锂离子电池。根据丰田等前沿企业的研发情况和计划,我们预计固态电池技术真正成熟可能需要等到2025年前后,真正具备量产能力可能需要等到2030年前后。

风险提示:政策推动不及预期等

目录

1 固态电池:下一代动力电池技术

1.1 固态电池的特点

1.2 固态电池能够满足2030年新能源汽车技术政策目标

2 固态电池领域研发现状

2.1 固态电池领域专利情况

2.2 国外企业布局情况

2.2.1 整车与零部件企业

2.2.2 电池初创企业

2.3 国内固态电池进展

正文

1 固态电池:下一代动力电池技术

1.1 固态电池的特点

固态锂电池指电池电解质部分采用固态材料的锂二次电池。固态电池与传统锂离子电池不同在于固态电池以固态电解质替代了传统锂离子电池的电解液、电解质盐、隔膜。

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