電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航1000公里不是夢(mèng)？日本舉國押寶這個(gè)技術(shù)

Xunhzh 2021-05-20

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說起日本在2019年電動(dòng)汽車領(lǐng)域的表現(xiàn)，中美同行大概都是“嫌棄”的。有數(shù)據(jù)顯示，僅去年1-11月，日本國內(nèi)純電動(dòng)汽車銷量同比大跌23%，僅為20262輛，昔日的“網(wǎng)紅”日產(chǎn)聆風(fēng)累計(jì)銷售18632輛，同比下滑了26.3%。值得一提的是，在全球范圍內(nèi)，日系純電動(dòng)乘用車前11個(gè)月累計(jì)銷量都在滑坡，同比減少了9.1%，而聆風(fēng)全球共銷售66845輛，同比減少了20.5%。這不禁令人對(duì)日系電動(dòng)車的前景產(chǎn)生了擔(dān)憂。

與此同時(shí)，由于近些年來以豐田為代表的日本企業(yè)積極宣傳、推廣氫燃料電池汽車及其相關(guān)技術(shù)，因此愈發(fā)加深了人們對(duì)日本不重視鋰電池電動(dòng)汽車的印象。

其實(shí)，在備受關(guān)注的“氫社會(huì)”、混動(dòng)路線的背后，日本企業(yè)并非不清楚其原來領(lǐng)先的鋰離子電池已被中國企業(yè)所超越，只是他們已經(jīng)悄然把發(fā)展路線指向了全固態(tài)電池，試圖以此來“換道超車”。

與當(dāng)前市面上主流的鋰離子電池相比，全固態(tài)電池的原理基本相同，簡(jiǎn)單來說就是由鋰離子在電池內(nèi)部的正極和負(fù)極之間游走，從而實(shí)現(xiàn)充放電，兩者最大的不同在于正負(fù)電極之間的電解質(zhì)是液體還是固態(tài)的。

鋰離子電池的液體電解質(zhì)具有可燃性，破損或發(fā)生熱失控后可能會(huì)引發(fā)起火（電動(dòng)車60%的事故起因來自于電池，且大多數(shù)發(fā)生在充電即將完畢和充電之后的時(shí)段）。而全固態(tài)電池的固態(tài)電解質(zhì)不用擔(dān)心泄漏，此外，其鋰離子移動(dòng)速度更快，因此可以縮短充電時(shí)間，數(shù)分鐘即可完成充電的“超快充”將不再遙不可及。

更大的優(yōu)勢(shì)在于，傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池能量密度存在300Wh/kg的“天花板”，遠(yuǎn)不如理論能量密度達(dá)到700Wh/kg的全固態(tài)電池（這意味著可以讓續(xù)航里程達(dá)到1000公里）；傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池的離子會(huì)溶進(jìn)電解液中，反復(fù)充放電后，輸出功率會(huì)下降，而全固態(tài)電池的離子在游走時(shí)不會(huì)溶出，因此壽命比鋰離子電池更長(zhǎng)。

如此顯而易見的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然吸引了各國研究機(jī)構(gòu)與汽車廠商的注意力。在日本，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）于2018年啟動(dòng)了開發(fā)全固態(tài)電池的項(xiàng)目，計(jì)劃在2018-2022年度的5年里投入100億日元的費(fèi)用。目前，豐田、日產(chǎn)、本田技研、松下、杰士湯淺等關(guān)鍵企業(yè)都加入了圍繞在該機(jī)構(gòu)周圍的研發(fā)“同盟”當(dāng)中，形成了舉“全日本”之力開發(fā)的態(tài)勢(shì)。

除了NEDO之外，由獲得獲得2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的吉野彰擔(dān)任理事長(zhǎng)的日本鋰離子電池材料評(píng)價(jià)研究中心，也參加了由豐田等企業(yè)委托的車載全固態(tài)電池（標(biāo)準(zhǔn)）開發(fā)工作。吉野彰去年就直言不諱地指出，日本電池廠商在國際上正在面臨（中韓廠商的）嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，（日本）汽車廠商需要與材料廠商聯(lián)手起來才有可能變得更加強(qiáng)大，而（由于量產(chǎn)技術(shù)還未突破）全固態(tài)電池想要搭載于普通人能買到的汽車上，估計(jì)要到2030年前后。

此外，豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)的松田厚范教授、大阪府立大學(xué)的辰巳砂昌弘教授、甲南大學(xué)的町田信也教授等人帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)也在固態(tài)鋰離子電池研究的不同領(lǐng)域有了各自的進(jìn)展。

據(jù)了解，日本相關(guān)研究機(jī)構(gòu)最初將“硫化物類”作為固態(tài)電池的材料，不過，硫化物類存在一接觸空氣就產(chǎn)生氣體的問題，而采用陶瓷材料的氧化物類被認(rèn)為安全性更高。

目前，TDK和FDK推出了采用“氧化物類”陶瓷材料的超小型全固態(tài)電池，這種用于電子基板的超小型全固態(tài)電池已經(jīng)啟動(dòng)樣品供貨，據(jù)稱可以用于“物聯(lián)網(wǎng)（IoT）”設(shè)備和可穿戴終端等。

毫無疑問，如果各種全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)實(shí)用化，“續(xù)航焦慮”、“充電焦慮”和“安全焦慮”等問題將被克服，純電動(dòng)汽車市場(chǎng)有可能迅速開花。富士經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)顯示，全固態(tài)電池的世界市場(chǎng)規(guī)模2017年僅為21億日元。預(yù)計(jì)到2035年將增至2.7877萬億日元。

這么優(yōu)秀的電池為啥不趕緊應(yīng)用呢？其答案也很簡(jiǎn)單：還有一些技術(shù)瓶頸尚未取得突破。

一）固體電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低，導(dǎo)致其倍率性能整體偏低，內(nèi)阻較大，因此暫時(shí)無法滿足快充要求；

二）固體電解質(zhì)機(jī)械性能差，再者是固體電極與固體電解質(zhì)界面接觸性差，這都會(huì)影響到固態(tài)鋰電池循環(huán)壽命和倍率性能；

三）成本高昂也是固態(tài)電池的主要問題，目前固態(tài)電解質(zhì)主要分為聚合物、氧化物和硫化物三種，但目前其性能尚難以達(dá)到液態(tài)電解質(zhì)的水平，同時(shí)材料成本昂貴，加工難度極高，需要持續(xù)的投入。

對(duì)于成本問題，行業(yè)普遍認(rèn)為，目前固態(tài)電池的生產(chǎn)成本中大多數(shù)為生產(chǎn)過程成本，未來生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大將成為降低電池的成本的重要砝碼。

一些較為務(wù)實(shí)的專家則認(rèn)為無需“一步到位”，并建議逐漸減少液體的使用，從半固態(tài)電池到準(zhǔn)固態(tài)電池，最終邁向無液體的全固態(tài)電池，有望成為固態(tài)電池成熟發(fā)展的趨勢(shì)。面對(duì)固態(tài)電池對(duì)新能源汽車發(fā)展的重要意義，各國研發(fā)機(jī)構(gòu)、汽車與電池廠商都在不斷加大投入，以期盡快突破固態(tài)電池瓶頸。

例如在中國，包括寧德時(shí)代、贛鋒鋰業(yè)、北京衛(wèi)藍(lán)、國軒高科、珈偉股份、鵬輝能源、輝能科技、比亞迪等企業(yè)都已進(jìn)行固態(tài)鋰電池相關(guān)布局。輝能科技曾透露，2020年將實(shí)現(xiàn)第一代固態(tài)動(dòng)力電池1GWh的產(chǎn)能；而北京衛(wèi)藍(lán)新能源則表示，2021年公司半固態(tài)車用動(dòng)力電池將推向市場(chǎng)。

值得一提的是，豐田今年有望與松下共同設(shè)立一家新的電池合資公司，雙方將共享大容量鋰離子電池和全固態(tài)電池的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)技術(shù)。兩家公司將把總共3500人轉(zhuǎn)移到合資公司，新電池（如“棱鏡”電池）將在日本和中國的工廠生產(chǎn)，除了供給豐田之外，也將出售給其他制造商。

當(dāng)然，除去全固態(tài)電池，鈉離子電池等其它路線的新一代電池也在加緊研究之中，日本能否憑借“未來技術(shù)”在電動(dòng)汽車時(shí)代取得領(lǐng)先，仍是一個(gè)未知數(shù)。

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來自： Xunhzh > 《汽車》

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