豐田將在2020年前實現全固態電池商業化 體積功率密度大幅提升

豐田計劃在2020年代上半年實現全固態電池的商業應用。日經x科技/日經汽車的研究發現，其基本核心技術是實現降低全固態電池內阻的技術。據日經新聞報道，通過這項技術，豐田開啟了全固態電池的商業化之路。最初，由于低輸出密度，全固態電池很難用于電動汽車（EV）。（注：如果功率密度較低，與電池單元設計相關的能量密度無法提高，因此很難實現批量生產。通過這項基礎技術，豐田已將全固態電池的體積功率密度提高到約2.5千瓦/升。同時，體積能量密度已成功提高到約400千瓦/升，約為是2010年左右鋰離子電池水平的兩倍。盡管這一性能水平無法達到目前最先進的LIB電池的水平，但據豐田動力電池生產技術開發部部長巖瀨先生表示，現階段，豐田正在繼續推動發展，目標是先于LIB進行商業量產。基于上述內阻降低技術，公司將首先在2020年上半年實現一定范圍內的全固態電池的實際應用，然后確立量產技術的目標。圖1：豐田商用全固態電池的基本技術及其相應效果。通過圖中所示的四項技術，豐田將其全固態電池的體積功率密度提高到了約2.5kw/L，體積能量密度提高到約400Wh/L。據該公司介紹，這些技術將是豐田在2020年代上半年實現全固態電池商業化目標的基礎技術。豐田的目標是在2020年上半年通過使用具有高離子導電性的硫化物基固體電解質實現全固態電池的商業化，同時使用當前主流的LIB活性材料作為陽極和陰極材料。具體而言，層狀氧化物材料[鋰鈷氧化物（LCO）、鋰鎳錳鈷氧化物（NMC）、鋁酸鋰鎳鈷（NCA）等]被認為是陰極材料，碳被認為是正極材料。為了解決現有電動汽車續航里程和充電時間的問題，豐田在全固態電池的商業應用上投入了大量資源，另一點是實現電動汽車電池組的研發，其體積能量密度至少是現有LIB的兩倍（正如Mr。Iwase），并大大減少了快速充電時間（目前需要30分鐘以上的快速充電時間減少到1/3以下）。與燃油車相比，現有電動汽車的車價更高，續航里程更短，充電時間更長，這大大阻礙了電動汽車的普及。全固態電池，針對上述問題，至少在很大程度上有改善續航里程短、充電時間長的可能。巖瀨先生表示，全固態電池能夠大幅提高電池組的體積能量密度的原因之一是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質作為電解質。通常，這種電解質溶液在80℃以上會分解產生氣體，甚至會導致爆炸或火災。全固態電池中使用的固體電解質具有即使在200度下也不能燃燒的阻燃性和能夠承受80-150度高溫的耐熱性。降低了火災和爆炸的風險，也可以直接省略現有LIB電池組封裝中必要的排氣和冷卻系統。因此，即使全固態電池的體積能量密度等于LIB，也有可能達到電池組體積能量密度的至少2倍。根據日本NEDO的研究數據，現有LIB電池組中電池單元的體積比約為20~50%（圖2），但在全固態電池的情況下，電池組不需要冷卻系統，體積可以減少到電動汽車上現有LIB風冷電池組的一半左右。圖2：在現有LIB電池組中，電池的低體積比數據A-G是配備LIB電池組的現有型號的數據的一部分。目前，……的最高容積率……

電池組中的電池不足50%，因為有必要配置排氣和冷卻系統的相關空間。豐田計劃在2020年代上半年實現全固態電池的商業應用。日經x科技/日經汽車的研究發現，其基本核心技術是實現降低全固態電池內阻的技術。據日經新聞報道，通過這項技術，豐田開啟了全固態電池的商業化之路。最初，由于低輸出密度，全固態電池很難用于電動汽車（EV）。（注：如果功率密度較低，與電池單元設計相關的能量密度無法提高，因此很難實現批量生產。通過這項基礎技術，豐田已將全固態電池的體積功率密度提高到約2.5千瓦/升。同時，體積能量密度已成功提高到約400千瓦/升，約為是2010年左右鋰離子電池水平的兩倍。盡管這一性能水平無法達到目前最先進的LIB電池的水平，但據豐田動力電池生產技術開發部部長巖瀨先生表示，現階段，豐田正在繼續推動發展，目標是先于LIB進行商業量產。基于上述內阻降低技術，公司將首先在2020年上半年實現一定范圍內的全固態電池的實際應用，然后確立量產技術的目標。圖1：豐田商用全固態電池的基本技術及其相應效果。通過圖中所示的四項技術，豐田將其全固態電池的體積功率密度提高到了約2.5kw/L，體積能量密度提高到約400Wh/L。據該公司介紹，這些技術將是豐田在2020年代上半年實現全固態電池商業化目標的基礎技術。豐田的目標是在2020年上半年通過使用具有高離子導電性的硫化物基固體電解質實現全固態電池的商業化，同時使用當前主流的LIB活性材料作為陽極和陰極材料。具體而言，層狀氧化物材料[鋰鈷氧化物（LCO）、鋰鎳錳鈷氧化物（NMC）、鋁酸鋰鎳鈷（NCA）等]被認為是陰極材料，碳被認為是正極材料。為了解決現有電動汽車續航里程和充電時間的問題，豐田在全固態電池的商業應用上投入了大量資源，另一點是實現電動汽車電池組的研發，其體積能量密度至少是現有LIB的兩倍（正如Mr。Iwase），并大大減少了快速充電時間（目前需要30分鐘以上的快速充電時間減少到1/3以下）。與燃油車相比，現有電動汽車的車價更高，續航里程更短，充電時間更長，這大大阻礙了電動汽車的普及。全固態電池，針對上述問題，至少在很大程度上有改善續航里程短、充電時間長的可能。巖瀨先生表示，全固態電池能夠大幅提高電池組的體積能量密度的原因之一是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質作為電解質。通常，這種電解質溶液在80℃以上會分解產生氣體，甚至會導致爆炸或火災。全固態電池中使用的固體電解質具有即使在200度下也不能燃燒的阻燃性和能夠承受80-150度高溫的耐熱性。降低了火災和爆炸的風險，也可以直接省略現有LIB電池組封裝中必要的排氣和冷卻系統。因此，即使全固態電池的體積能量密度等于LIB，也有可能達到電池組體積能量密度的至少2倍。根據日本NEDO的研究數據，現有LIB電池組中電池單元的體積比約為20~50%（圖2），但在全固態電池的情況下，電池組不需要冷卻系統，體積可以減少到電動汽車上現有LIB風冷電池組的一半左右。圖2：在現有LIB電池組中，……的低體積比數據A-G……

電池是配備LIB電池組的現有型號數據的一部分。目前，電池組中電池的最高體積比不到50%，因為需要配置排氣和冷卻系統的相關空間。

標簽：豐田發現

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