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

丰田计划在2020年代上半年实现全固态电池的商业应用。日经x科技/日经汽车的研究发现，其基本核心技术是实现降低全固态电池内阻的技术。据日经新闻报道，通过这项技术，丰田开启了全固态电池的商业化之路。最初，由于低输出密度，全固态电池很难用于电动汽车（EV）。（注：如果功率密度较低，与电池单元设计相关的能量密度无法提高，因此很难实现批量生产。通过这项基础技术，丰田已将全固态电池的体积功率密度提高到约2.5千瓦/升。同时，体积能量密度已成功提高到约400千瓦/升，约为是2010年左右锂离子电池水平的两倍。尽管这一性能水平无法达到目前最先进的LIB电池的水平，但据丰田动力电池生产技术开发部部长岩濑先生表示，现阶段，丰田正在继续推动发展，目标是先于LIB进行商业量产。基于上述内阻降低技术，公司将首先在2020年上半年实现一定范围内的全固态电池的实际应用，然后确立量产技术的目标。图1：丰田商用全固态电池的基本技术及其相应效果。通过图中所示的四项技术，丰田将其全固态电池的体积功率密度提高到了约2.5kw/L，体积能量密度提高到约400Wh/L。据该公司介绍，这些技术将是丰田在2020年代上半年实现全固态电池商业化目标的基础技术。丰田的目标是在2020年上半年通过使用具有高离子导电性的硫化物基固体电解质实现全固态电池的商业化，同时使用当前主流的LIB活性材料作为阳极和阴极材料。具体而言，层状氧化物材料[锂钴氧化物（LCO）、锂镍锰钴氧化物（NMC）、铝酸锂镍钴（NCA）等]被认为是阴极材料，碳被认为是正极材料。为了解决现有电动汽车续航里程和充电时间的问题，丰田在全固态电池的商业应用上投入了大量资源，另一点是实现电动汽车电池组的研发，其体积能量密度至少是现有LIB的两倍（正如Mr。Iwase），并大大减少了快速充电时间（目前需要30分钟以上的快速充电时间减少到1/3以下）。与燃油车相比，现有电动汽车的车价更高，续航里程更短，充电时间更长，这大大阻碍了电动汽车的普及。全固态电池，针对上述问题，至少在很大程度上有改善续航里程短、充电时间长的可能。岩濑先生表示，全固态电池能够大幅提高电池组的体积能量密度的原因之一是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质作为电解质。通常，这种电解质溶液在80℃以上会分解产生气体，甚至会导致爆炸或火灾。全固态电池中使用的固体电解质具有即使在200度下也不能燃烧的阻燃性和能够承受80-150度高温的耐热性。降低了火灾和爆炸的风险，也可以直接省略现有LIB电池组封装中必要的排气和冷却系统。因此，即使全固态电池的体积能量密度等于LIB，也有可能达到电池组体积能量密度的至少2倍。根据日本NEDO的研究数据，现有LIB电池组中电池单元的体积比约为20~50%（图2），但在全固态电池的情况下，电池组不需要冷却系统，体积可以减少到电动汽车上现有LIB风冷电池组的一半左右。图2：在现有LIB电池组中，电池的低体积比数据A-G是配备LIB电池组的现有型号的数据的一部分。目前，……的最高容积率……

电池组中的电池不足50%，因为有必要配置排气和冷却系统的相关空间。丰田计划在2020年代上半年实现全固态电池的商业应用。日经x科技/日经汽车的研究发现，其基本核心技术是实现降低全固态电池内阻的技术。据日经新闻报道，通过这项技术，丰田开启了全固态电池的商业化之路。最初，由于低输出密度，全固态电池很难用于电动汽车（EV）。（注：如果功率密度较低，与电池单元设计相关的能量密度无法提高，因此很难实现批量生产。通过这项基础技术，丰田已将全固态电池的体积功率密度提高到约2.5千瓦/升。同时，体积能量密度已成功提高到约400千瓦/升，约为是2010年左右锂离子电池水平的两倍。尽管这一性能水平无法达到目前最先进的LIB电池的水平，但据丰田动力电池生产技术开发部部长岩濑先生表示，现阶段，丰田正在继续推动发展，目标是先于LIB进行商业量产。基于上述内阻降低技术，公司将首先在2020年上半年实现一定范围内的全固态电池的实际应用，然后确立量产技术的目标。图1：丰田商用全固态电池的基本技术及其相应效果。通过图中所示的四项技术，丰田将其全固态电池的体积功率密度提高到了约2.5kw/L，体积能量密度提高到约400Wh/L。据该公司介绍，这些技术将是丰田在2020年代上半年实现全固态电池商业化目标的基础技术。丰田的目标是在2020年上半年通过使用具有高离子导电性的硫化物基固体电解质实现全固态电池的商业化，同时使用当前主流的LIB活性材料作为阳极和阴极材料。具体而言，层状氧化物材料[锂钴氧化物（LCO）、锂镍锰钴氧化物（NMC）、铝酸锂镍钴（NCA）等]被认为是阴极材料，碳被认为是正极材料。为了解决现有电动汽车续航里程和充电时间的问题，丰田在全固态电池的商业应用上投入了大量资源，另一点是实现电动汽车电池组的研发，其体积能量密度至少是现有LIB的两倍（正如Mr。Iwase），并大大减少了快速充电时间（目前需要30分钟以上的快速充电时间减少到1/3以下）。与燃油车相比，现有电动汽车的车价更高，续航里程更短，充电时间更长，这大大阻碍了电动汽车的普及。全固态电池，针对上述问题，至少在很大程度上有改善续航里程短、充电时间长的可能。岩濑先生表示，全固态电池能够大幅提高电池组的体积能量密度的原因之一是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质作为电解质。通常，这种电解质溶液在80℃以上会分解产生气体，甚至会导致爆炸或火灾。全固态电池中使用的固体电解质具有即使在200度下也不能燃烧的阻燃性和能够承受80-150度高温的耐热性。降低了火灾和爆炸的风险，也可以直接省略现有LIB电池组封装中必要的排气和冷却系统。因此，即使全固态电池的体积能量密度等于LIB，也有可能达到电池组体积能量密度的至少2倍。根据日本NEDO的研究数据，现有LIB电池组中电池单元的体积比约为20~50%（图2），但在全固态电池的情况下，电池组不需要冷却系统，体积可以减少到电动汽车上现有LIB风冷电池组的一半左右。图2：在现有LIB电池组中，……的低体积比数据A-G……

电池是配备LIB电池组的现有型号数据的一部分。目前，电池组中电池的最高体积比不到50%，因为需要配置排气和冷却系统的相关空间。

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