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全固態電池商業化 豐田打算怎么做?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年07月12日  

豐田計劃在2020年代前半階段實現全固態電池的商業化應用。Nikkei x TECH/Nikkei Automotive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汽車(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2.5 kW / 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年左右的鋰離子電池(LIB)大約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,根據豐田動力電池生產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持續推進開發,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應用,之后將建立大規模生產技術的目標。



圖1:豐田實現商業化應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,具體而言,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。


解決現有EV續航里程與充電時間的問題


豐田在全固態電池商業化應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,等因素極大地阻礙了電動汽車的普及。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因在于,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度以上就會分解產生氣體,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直接省略。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。


根據日本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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