丰田电动化出招：全固态电池2027年上车，远水能否救近火？
- 来源：盖世汽车
- 2023/6/25 15:26:00
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继续押宝全固态电池，我们终于看到丰田在电动化领域的野心。
近日，丰田汽车面向媒体公开举办了一场技术说明会，公布了其“支撑2030年全球纯电销量达到350万台的次世代电池技术”。其中，丰田明确表示，2027-2028年投入实际应用“全固态电池”。
众所周知，固态电池一直被视为下一代动力电池。然而，近年来固态电池却迟迟不见上车，规模化量产始终“只闻其声，不见其人”。丰田的发声，让趋于平静的固态电池市场激起一层涟漪，也让我们看到新的可能。
为何死磕全固态电池？丰田方面表示，已经找到了很好的材料，能够在2027年至2028年实现该技术的商业化，向市场投放配备全固态电池的纯电动汽车。
在纯电动汽车市场进入厮杀的白热化阶段，丰田却躬身于面向未来的全固态电池路线。电动化步伐本就缓慢的丰田，远水能否救得了近火？
丰田继续“押宝”固态电池
2021年之时，丰田就表示“全固态电池的导入将从HEV车型开始”，通过重新评估后明确表示，全固态电池将搭载到BEV车型上，并挑战于2027~28年投入实际应用。
对于全固态电池的攻关，丰田始终没有停歇。
丰田最早提出相关动态是在2008年，与固态电池初创企业Ilika展开合作。
2014年，丰田宣布其正在进行固态电池开发工作，并且拥有多项技术专利。2017年，丰田宣布与松下携手，表示双方将在固态电池研发方面进行长期且深入的合作。
2020年，丰田原计划在东京奥运会展示固态电池研发成果。不过，由于受疫情影响，不得不将计划推迟到2021年。尽管如此，丰田对外宣称，已经制造出固态电池的样品，且安装到概念车上，并希望成为全球首家量产搭载固态电池汽车的厂商，计划于2021年推出原型车，2025年左右开始量产。
从横向对比来看，丰田是业内公认在固态电池领域最有实力的玩家之一。丰田在全固态电池领域一直坚持硫化物路线，已经拥有超过 1000 件专利。尽管如此，此前丰田在固态电池领域的研究并不顺利，在固态电池的量产时间上一次次“跳票”。
如今，丰田固态电池又将量产时间推迟到2027-2028年。首先，可见固态电池研发难度之大；其次，也看出丰田对固态电池的执著，始终不曾放弃这条路线。
当然，这也与日本政府对固态电池的大力支持有关。资料显示，日本押注硫化物路线，研发布局最早，技术和专利全球领先，政府资金扶持力度超2千亿日元(约100亿元人民币)，力争2030年实现全固态电池商业化，能量密度目标500Wh/kg。
瞄准动力电池能量密度、安全以及充电难题等多重痛点，以及在日本政府的大力支持之下，丰田始终押宝全固态电池。
固态电池从热闹到平静
固态电池也一度被视为资本市场的宠儿。
2020年11月，一支“妖股”震惊全球。这支股票叫做QuantumScape(QS.US)。这是一家专注于固态电池技术的初创企业。2020年11月，QuantumScape通过收购壳公司上市，最初估值只有33亿美元。
上市之后，QuantumScape股价一路狂奔，市值一度冲上477亿美元，超越众多车企。不过，这支“妖股”不久之后又喷泻而下。如今，QuantumScape总市值仅为33亿美元，一切似乎又回到了原点。
从近几年资本市场的变化，可以看到业界对固态电池技术路线的期许，也有对新技术量产可能性的疑虑。甚至有投行人士认为，固态电池的商业化仍然有很长的路要走，而且充满了投机性。
锂电池是打开电动车时代大门的钥匙。
2008年锂电池应用于新能源汽车以来，动力电池的能量密度已经由最初的100Wh/kg提高到250Wh/kg。从现有的动力电池技术方案来看，行业内始终在安全与续航之间寻找平衡。依照目前技术水平，提升能量密度，而不牺牲电池安全性，并不是一件容易的事。
《汽车产业中长期发展规划》中明确指出，2025年动力电池单体能量密度要达到350Wh/kg。按照部分动力电池供应商的推测，依靠现有电池产业体系，实现2025年产业发展中长期目标难度较大。
固态电池也就成为电池领域的重要选项。将液态电解质替换为固态电解质，有望大大降低电池热失控的风险。辉能科技之前向盖世汽车提供了一组数据，其固态电池包系统能量密度可达480Wh/L，有望使车辆续航里程接近1200km，快充状态下，12分钟便可充满80%左右的电量。
液态电池中，有机溶剂具有易燃性，且抗氧化性较差，目前已接近能量密度上限。锂离子电池目前基本采取液态电解质，但液态电解质中，有机溶剂具有易燃性、高腐蚀性，同时抗氧化性较差、无法解决锂枝晶问题。预计理论能量密度上限为300Wh/kg。
固态电池大幅提升电池安全，打破液态电池能量密度瓶颈。固态电池采用固态电解质，部分或全部替代液态电解质，可大幅提升电池的安全性、能量密度，是现有材料体系长期潜在技术方向。可见，车企计划采用固态电池，是以安全性为短期驱动因素，而以能量密度为长期驱动因素。
南方科技大学清洁能源研究院院长刘科就指出，从能量密度角度来看，再过20年电动车也比不过油车。从另一个角度来分析，新能源汽车能形成对燃油车的压倒性优势的关键节点，或许就与固态电池的大规模量产有关，充分解决能量密度、充电速度、里程焦虑以及安全性等短板。
然而，固态电池面临的状态却是 “只听楼梯响，不见人下来”。从技术发展角度来看，固态电池的未来很美好。但是从商业化的角度来看，固态电池却始终在成本与制造的桎梏中无法两全。
上汽集团副总工程师、上汽捷能汽车技术有限公司总经理朱军就曾直言，整车企业将电池的安全放在第一位，然后是电池的寿命与可靠性，以及成本。“不过最后我们计算的还是成本。全固态电池能量密度再高，主流的电动汽车看重的还是成本。如果固态电池可以助力车企降低成本，那么应该很快就能商用。”
有数据显示，固态电池成本高于液态电池，主要体现在固态电解质和正负极。固态电解质用到的部分稀有金属原材料价格较高，比如，氧化物电解质含锆、硫化物电解质含锗，铜锂复合带价格1万元/kg。此外，全固态对生产工艺、成本和质量控制也提出了更严苛的要求，生产设备替换率大，全固态电池成明显高于现有液态电池。
对于固态电池的态度，宁德时代董事长曾毓群也曾直言不讳，“固态电池有很多科学及技术的基础问题尚未解决，我们公司深耕10多年，始终认为目前难以形成有技术可行性和市场竞争力的产品。”
丰田策略：下一代电池一决高下
对于技术路线充满执著精神的丰田或许并不这样认为，针对全固态电池的研发依旧如火如荼。在技术说明会上，丰田公布了全固态电池“新技术”的发现。
全固态电池经常被称为“BEV游戏规则改写者”。全固态电池的电解质为固体，离子运动速度更快，对高压、高温具备更强的耐受力。能够带来稳定的高功率、增加续航里程以及进一步缩短充电时间。
此前，全固态电池寿命较短是核心课题。固体电解质随着电池的充放电反复膨胀和收缩，可能会引发龟裂，导致锂离子在正负极之间的流动会变得困难。本次，丰田正式公布，已经发现了克服这一课题的新技术。今后，在核算成本后，将全面进入面向量产研发的阶段。
当然，具体是怎样的新技术，丰田并未向外界透露太多。但是，我们可以感受到丰田在固态电池技术上的先进性。
这似乎也是丰田野心暴露的重要依据。在锂离子电池方面难以与中国企业直面竞争，在全固态电池上一决高下，或许正是丰田的图谋。
有机构预测，固态电池技术发展和应用预计将呈现梯次渗透趋势。我们预计液态电池到固态电池的技术迭代路径大致遵循“固态电解质-新型负极-新型正极”顺序。
阶段一：引入固态电解质，保留少量电解液，正负极仍为三元+石墨/硅负极，并采用负极预锂化等技术提高能量密度；阶段二：用固态电解质逐步至完全取代电解液，用金属锂取代石墨/硅负极，正极仍为三元材料；阶段三：逐渐减薄固态电解质的厚度，并用硫化物/镍锰酸锂/富锂锰基等材料取代正极。
这对于主攻硫化物技术路线的丰田来说，无疑是一条“弯道超车”的可行性路线。
中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高不久前提到一个重要趋势，“随着CHATGPT技术的出现，对新材料的探索效率极大提高，开发的周期能够缩短，通过全球的努力，全固态电池能够取得成功。”
欧阳明高强调，全固态电池技术虽然面临着很多挑战，但仍然是值得追求的目标。“这可以看作是面向2030年值得创新的目标，一定要对全固态电池技术路线高度重视。”
也有观点认为，面对丰田全固态电池的攻势，也不必太过忧虑。全固态电池到了量产的时间，液态电池的安全性也可能会同步提高，并且能够很好地兼顾性能、技术、成本的优势。那么，彼时尽管全固态电池成功商业化，液态电池依旧占据一席之地。
未来胜负未可知，对于可能的技术路线，保持警惕之心与敬畏之意，方可变通而图存。
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