近日,丰田公司宣布,在固态电池技术上取得了重大突破,能够将电池的重量、体积和成本减半,同时将续航里程提升到1200公里,充电时间缩短到10分钟或更短。这一消息引发了业界和消费者的广泛关注,有人认为丰田固态电池将颠覆电动汽车市场,有人则怀疑丰田固态电池是否真的能实现所宣称的性能和进度。
固态电池是什么?
固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池,与目前普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同。固态电池相比液态电池有以下优势:
安全性高:固态电解质不会发生泄漏、燃烧或爆炸,避免了液态电解质的安全隐患。
能量密度高:固态电池可以实现更高的锂离子传输效率和利用率,提高了单体电池的容量和功率。
寿命长:固态电池可以抑制锂枝晶的形成,减少了内阻增加和容量衰减,延长了循环寿命。
充放电快:固态电池可以承受更高的充放电速率,缩短了充电时间和增加了续航里程。
因此,固态电池被视为未来电动汽车的潜在颠覆者,可以解决目前液态电池面临的安全、续航、成本等问题。
丰田固态电池有多牛?
丰田公司是业内公认在固态电池领域最有实力的玩家之一。据悉,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。丰田公司碳中和研发中心总裁海田敬二表示,“无论是液态电池还是固态电池,我们都致力于改变目前电池过大、过重、过贵的局面,在这方面的潜力上,我们将争取将这些因素减半。”
根据丰田公司公布的信息,其高性能版全固态电池提高了电池能量密度,配合车辆的空气动力学改善,可将续航里程提升到目前的2倍,达到1200公里,同时完成成本降低20%,实现快充不到20分钟的目标;普及版全固态电池则是将已经应用于HEV镍氢电池上的双极结构,通用到BEV电池上,续航里程比目前增加20%,快充同样可以达到30分钟以内。由于零件数量可控制在1/4到1/5之间,成本可降低40%左右。
丰田公司还宣布,将在BEV车型上搭载全固态电池,并计划于2027~2028年投入实际应用。丰田公司认为,他们相信可以简化生产过程,使得固态电池比锂离子电池更容易生产。
如果丰田公司说法属实,那么其固态电池的性能和进度确实令人惊叹。但是,这些说法是否真的可信,丰田固态电池是否真的能量产,还有很多问题和挑战需要解决。
丰田固态电池有多远?
固态电池虽然有很多优势,但也有很多难题。其中最大的难题就是如何实现大规模、低成本、高质量的制造。目前,固态电池的制造过程还存在以下4个方面的问题:
材料选择:固态电解质的材料种类很多,包括硫化物、氧化物、氮化物、磷酸盐等,但每种材料都有其优缺点。例如,硫化物具有高离子导电率和低制造温度,但也容易受水分和空气的影响而降解;氧化物则具有高稳定性和高功率密度,但也需要高温烧结和高压压制,增加了成本和难度。
电极界面:固态电解质与固体电极之间的界面是影响固态电池性能的关键因素。由于固体与固体之间的接触面积较小,会导致内阻增加、锂离子传输受阻、容量损失等问题。因此,需要优化界面结构和材料,提高界面的亲和性和导电性。
成型工艺:固态电池的成型工艺包括烧结、压制、涂覆等步骤,需要控制好温度、压力、时间等参数,保证电池的均匀性和一致性。同时,还要考虑到成型工艺对材料性能的影响,避免出现裂纹、空隙等缺陷。
封装技术:固态电池的封装技术要求比液态电池更高,因为固态电池更容易受到外界环境的干扰。例如,硫化物固态电解质对水分和空气非常敏感,需要使用特殊的封装材料和设备,保证电池的密封性和稳定性。
以上问题都给固态电池的制造带来了巨大的挑战和成本。据估计,目前固态电池的成本是锂离子电池的10倍以上。虽然丰田公司声称已经简化了生产过程,并将成本降低了一半,但这仍然不足以与锂离子电池竞争。
此外,丰田公司在固态电池领域的研发并不顺利,在量产时间上数次“跳票”。最初,丰田计划在2020年东京奥运会上展示其搭载全固态电池的概念车,但由于技术难题和疫情影响,这一计划被取消。后来,丰田又宣布将在2021年推出首款配备全固态电池的纯电动汽车,但又因为固态电池的性能和稳定性不达标,而推迟到2027~2028年。这些反复的变化,也让人对丰田固态电池的可靠性和可行性产生了怀疑。
总之,丰田固态电池虽然听起来牛逼,但离量产还十分遥远。固态电池技术还需要经过长期的研发、测试和验证,才能真正实现商业化应用。在此之前,锂离子电池仍然是电动汽车的主流选择,也不断在安全、续航、成本等方面进行优化和创新。因此,不要轻易相信任何一项技术的夸大宣传,而要理性地分析其优缺点和发展前景。
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