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固态|丰田的固态电池布局

_原题为 丰田的固态电池布局
固态|丰田的固态电池布局
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固态|丰田的固态电池布局
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充电时间不超过15分钟 ， 使用30年以上保留九成性能
撰文 / 秦德兴
编辑 / 黄大路
设计 / 赵昊然
来源 / autonews ， 作者Hans Greimel
如果所有的事情都按照原来的计划进行 ， 那么东京现在应该在举行夏季奥运会 ， 而作为这次奥运会主要赞助商之一的丰田汽车将是活动的焦点 ， 这家车企将展示下一代电动出行领域的重要技术：固态电池 。
新冠疫情可能破坏了2020年东京奥运会的计划 ， 但丰田的工程师却没有受到影响 。 这家公司的电池专家已经按照计划成功制造出固态电池的样品 ， 而且已经安装到概念车上 。
丰田动力系统公司执行副总裁兼电池业务总经理Keiji Kaita表示 ， 由于东京奥运会被推迟到2021年 ， 现在还无法确定样车何时正式亮相 。 Kaita谈论了这种固态电池技术的前景以及阻碍其商业化的障碍 。
对固态电池持支持态度的人士认为 ， 这种电池是迈向电动化未来的重要一步 。 固态电池组不容易受极端温度的影响 ， 其能量密度有望达到目前锂离子电池的两至三倍 。
固态电池用固体电解质替代液体电解质 ， 并且有望比现在的电池更轻、寿命更长、更安全 ， 价格比目前市面上的电池更便宜 。 Kaita说 ， 试验的固态电池样品的充电速度比目前的锂离子电池快得多 。
不过丰田的固态电池样品仍然面临一些挑战 。 首先 ， 由于安全和耐用性问题 ， 工程师们尚未利用电池的真正潜力来提高能量密度 。
Kaita说：“为了克服各种局限性 ， 我们正在研究如何调整阳极或其他材料 。 对于发现的不足之处 ， 我们正在努力避免 。 ”
固态电池的样品是坚硬的板状薄片 ， 尺寸和厚度与螺旋笔记簿差不多 。 研究人员将电池密封在袋子里面以便防潮 ， 然后排列成电池组 。
Kaita说 ， 样品电池进行充电时 ， 从零到充满需要的时间不到15分钟 ， 耗时大幅低于容量相同的锂离子电池充电所需要的时间 ， 这是除了高能量密度外的另一个优势 。
丰田正专注于使用基于硫的电解质 ， 因为这种电解质似乎可以让锂离子在电极之间更有效地转移 ， 不过仍然存在的挑战是 ， 需要开发一种电解质 ， 既可以紧密地压实 ， 又能保持柔韧性 。
固体电解质需要在高压下压实 ， 从而减小颗粒之间的间隙 ， 以便离子和电子可以很容易通过 ， 但是这种电解质还需要具有柔韧性 ， 因为阳极在放电过程中会膨胀和收缩 ， 所以电解质必须留一点空间 。
其中的问题在于 ， 膨胀和收缩的空间越大 ， 电解质颗粒变形的可能性就越大 。 随着时间的推移 ， 这种变形会抑制离子和电子的流动并降低电池的性能 。 这其中的关键是开发一种不会轻易变形的材料 。 Kaita说 ， 通过新材料或新设计可能实现突破 。
这种固态电池的制造过程也存在挑战 ， 特别是电池必须在超干燥的非水环境中生产 。
现在 ， 这些固态电池是在一个名为手套箱的透明盒子中制造 ， 工人们通过紧密嵌在盒子上的橡胶手套将手伸入箱子里面 。 因此 ， 这种固态电池的生产过程缓慢 ， 无法进行大规模生产 。
丰田汽车正在通过该公司与松下合资的Prime Planet Energy＆Solutions Inc.开发这种固态电池 ， 这家合资公司在4月份开始运营 ， 现在有大约5100名员工 ， 其中包括中国子公司的2400名员工 。
这家合资企业的任务之一是制造和销售汽车固态电池 。 Kaita说 ， 丰田仍有望在2025年实现有限数量的生产 。
由于生产规模较小 ， 这些固态电池最初的成本将高于锂离子电池 。 他推测 ， 在最初生产的几年里 ， 这种固态电池的产量将保持在非常低的水平 。 他说 ， 要想与内燃机动力系统竞争 ， 这种电池的成本必须降到远低于每千瓦时100美元的水平 。
丰田的目标是 ， 这种电池经过较长时间（可能是30年）的使用后 ， 仍然能够保持90%的原始性能 ， 这让该电池的研发过程变得更加复杂 。
【固态|丰田的固态电池布局】Kaita说：“这可以通过调整电池的性能来实现 ， 也可以通过控制系统或冷却系统来实现 ， 或者我们使用电池的方式或充电的方式可能帮助实现这个目标 ， 整体的观点非常重要 。 ”


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