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丰田将在2020年前实现全固态电池商业化 体积功率密度大幅提升

NE研究院

丰田计划在2020年代前半阶段实现全固态电池的商业化应用。Nikkei x TECH / Nikkei Automotive的研究发现,其基础的核心技术是实现了降低全固态电池的电芯内阻的技术。

据日经报道,通过这一技术,丰田打开了全固态电池的商业化道路。原本由于输出密度低,全固态电池用于电动汽车(EV)用途时困难重重。(备注:功率密度低的话,在电芯设计时关联的能量密度也无法提高,这样就很难实现量产化。)

丰田通过这项基础技术,将全固态电池的体积功率密度提高到约2.5 kW / L。与此同时,体积能量密度成功地提高到了高达约400wh/ L,相当于2010年左右的锂离子电池(LIB)大约2倍的水平。

虽然这一性能水平目前还无法达到时下最先进的LIB电池同等水平,但是,根据丰田动力电池生产技术开发部总监岩濑先生的说法,现阶段丰田正在以超越LIB为提前的商业化量产为目标持续推进开发,该公司首先将利用上述降低内阻技术为基础,在2020年前半阶段内实现一定数量范围内的全固态电池实际应用,之后将建立大规模生产技术的目标。

图1:丰田实现商业化应用的全固态电池基础技术及对应效果

丰田通过图中对策所示的4项技术,将其全固态电池的体积功率密度提升到约2.5kw/ L,体积能量密度提高到约400wh/ L。据该公司称,这些技术,将是丰田在2020年代前半期内实现全固态电池商业化目标的基础技术。

丰田目标在2020年前半阶段内实现商业化的全固态电池使用的是,具备高离子传导性的基于硫化物的固态电解质,正负极材料则活用了现下主流的LIB活性材料,具体而言,正极考虑层状氧化物系[钴酸锂(LCO),镍-锰-钴酸锂(NMC),镍钴铝酸锂(NCA)等]材料,负极则考虑碳素系等候选材料。

解决现有EV续航里程与充电时间的问题

丰田在全固态电池商业化应用中投入大量资源的,还有一点就是实现EV电池pack的体积能量密度达到现有LIB的至少2倍以上(岩濑先生所述),以及大幅降低快速充电时间(现状需要30分钟以上的快充时间降低到1/3以下)的研发。

现有的EV汽车,与燃油车相比车辆价格高,同时单次充电的续航里程短,充电需要时间长,等因素极大地阻碍了电动汽车的普及。而全固态电池,针对上述问题,至少具备很大程度上能改善续航里程短,充电时间长的可能性。

不需要冷却,Pack尺寸大幅减小

据岩濑先生表示,全固态电池之所以能大幅提高电池Pack的体积能量密度的一大原因在于,固体电解质具有高阻燃性和耐热性。

现有的LIB通常使用易燃的有机电解液作为电解质。这种电解质溶液一般在80度以上就会分解产生气体,甚至导致爆炸或火灾等危险。而在全固态电池中使用的固体电解质,具备即使200度也无法燃烧的阻燃性,以及可承受80-150度高温的耐热性。减小了起火爆炸的风险,同时现有的LIB电池Pack包内必不可少的排气和冷却系统也能直接省略。因此,即使全固态电池的体积能量密度等同于LIB,也可能实现至少2倍以上的电池pack体积能量密度。

根据日本NEDO的研究数据,现有的LIB电池pack中电芯的体积比率大概为20~50%(图2),而采用全固态电池的化,电池Pack不需要冷却系统,体积能减小到现有EV上LIB空冷式电池Pack大概一半左右的大小。

图2:在现有的LIB电池Pack中,电芯的体积比率低

数据a~g是现有搭载LIB电池Pack的一部分车型数据。目前,Pack中电芯所占体积比率最高也不到50%,因为需要配置排气以及冷却系统的相关空间。

来源:NE研究院

本文地址:https://aniolybiznesu.info/news/jishu/74105

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