简介
现在是一个激动人心的时刻，在汽车行业，丰田有很多新的创新来线，这将提供大量的选择零排放驾驶。我们是领先的电池技术开发，并有超过20年的电池专业知识，通过我们的自充电混合动力电池的工作。您可能听说过固态电池电动汽车，它将成为可持续驾驶的下一个大游戏规则改变者，我们在过去几年中一直在研究它，以及我们的混合动力系列。
什么是固态？
那么，你问什么是固态电池技术？顾名思义，固态电池是由固体电解质而不是液体组成的。我们的原型电池的大小和厚度大约是一个笔记本电脑的厚度。对于使用传统锂离子电池的电动汽车所面临的缺点，包括单次充电行驶的相对较短距离以及充电时间，固态电池技术是一种潜在的万灵药。
固态电池将成为锂离子电池的真正替代品，而我们的原型中重点使用硫基电解液，因为它提供了更有效的电力传输。他们将降低火灾的风险，并增加能量密度，这是衡量一个电池所能提供的能量与它的重量相比。下一代电池，如固态电池和金属空气电池，比锂离子电池更安全，性能更高。
丰田&固态
丰田在实现第一款功能性批量生产的固态电池方面处于领先地位，我们计划在20世纪20年代中期成为第一家销售配备固态电池的电动汽车的公司。
自2012年以来，我们一直在进行这方面的工作，超过200名高级装饰和熟练的工程师不知疲倦地工作，以生产这些电池。我们现在拥有1000多项固态电池专利，比任何其他汽车制造商都要多，这项技术正在取得成果。
这对驾驶员意味着什么？
那么，从最终用户的角度来看，这意味着什么呢？一次充电700公里。大约10-15分钟从零到满的充电。所有这些都具有最小的安全问题。丰田推出的固态电池有望成为电动汽车乃至整个行业的游戏规则改变者。在相同条件下，正在开发的电动汽车行驶里程将是使用传统锂离子电池的汽车行驶里程的两倍以上。所有这些都是在不牺牲内部空间的情况下完成的，即使是最紧凑的车辆。
下一步是什么？
丰田正在通过Prime Planet Energy&Solutions Inc.开发固态电池。Prime Planet Energy&Solutions Inc.是一家与松下的合资企业，于2020年4月开始运营，拥有约5100名员工，其中2400人在中国子公司工作。我们正朝着2025年限量生产的目标前进，并期待在时机成熟时分享更多细节。
2025. 1. 5
聲稱更高的能量密度、更快的充电速度和更好的安全性是固態电池技術似乎成為 EV 电池的下一件大事的原因。
- 固態电池有望實現更快的充电速度、更好的安全性和更高的能量密度。
- 它們用固体隔膜取代了當今鋰离子电池中的液體电解質。
- 本田、丰田和其他公司希望在 2030 年之前在汽車中使用固态电池上市銷售。
對於消費电子產品和电動汽車，电池技術的進步在很大程度上是漸進的，自近 30 年前現代鋰离子电池問世以來一直如此。三個因素結合起來，每年將成本降低約8%：电池化學成分的調整、电池工廠的更高產量以及大批量生產的規模經濟。
長期聖杯
下一個重大的电池進步可能是固态电池，長期以來，固态电池一直是全世界电池工程師的聖杯。與使用液体电解質的电池相比，它們具有更高的能量密度、更快的充电速度和更好的安全性。有些國家完全废除了今天的石墨負極—這種物質的加工和供應完全由中國生產商控制。
收益有多大？根據丰田发佈的有關其未來电池计划的資訊，採用固態电池的电池組可以將續航里程提高近 70%，並將 10% 至 80% 的直流快速充電時間從 30 分鐘縮短到 10 分鐘。儘管任何續航里程聲明都受到基础車輛的假設以及重量和空氣動力學特性的重大影响。
在過去的十五年里，全球數十家公司在研发上花費了數百亿美元。現在，目标可能越來越近了。全球多家汽車製造商已經宣佈了固态电池的試點、原型或其他进展。預計這一速度將在未來几年內加快。
“固态”的多種類型
隨著“固态”成为当今电池的流行語，了解固态电池与当今使用液体电解质的电池有何不同是非常有用的。問題变得更加复杂，因為對“固态”的定义沒有广泛的共识，“洛克希德馬丁公司為宇航器設計电池的哈雷什·卡马思 (Haresh Kamath) 指出。（他目前是美國电力公用事業行業的独立非營利性研究组织电力研究所 （EPRI） 的分散式能源和儲能主任。
換句話說，无论是汽車製造商還是电池公司，只要提到电动汽車的固态电池，就要持保留态度，直到您深入研究细节。
從广义上讲，术語“固态”是指將固体材料用於防止陽极和陰极接觸的隔膜，以及电池放电或充电時电子通過的介质。当今电池中的液体电解质是一種易燃的有機溶剂，被三種材料（陽极、陰极和隔膜）吸收，它們都有些海綿状。与鉛酸啟动电池不同，該电池沒有多餘的液体晃动，只足以潤濕電极。
失去液体电解质
今天的液体电解质和明天的全固態电池之間存在几种隔膜和介质的变化：
- 准固态电池中的半固态电解质，其中所謂的鋰聚合物电池（使用保存在聚合凝胶中的液体电解质）可能是最著名的。
- 高溫、非液体、离子导电聚合物（十年前进行了广泛測試）。
- 陶瓷涂层聚合物，也需要高工作溫度。
- 純陶瓷（氧化物、硫化物、磷酸盐）或玻璃固体电解质，也需要高溫。
最後三种允許使用鋰金属陽极，陰极為鋰化金属氧化物（氧化鎳、氧化鋁、氧化錳、氧化鈷或這些的混合物）或磷酸铁。
或者，使用鋰金属作为帶有固态隔膜的陰极也可以允許所謂的“无陽极电池”：其中陽极被銅集流体取代，鋰金属在充电過程中沉積在上面。這消除了对石墨的需求，而石墨目前由中國控制著全球大部分生產。
但鋰金属有其自身的安全风险。固体鋰金属在任何溫度下都高度易燃，与湿气、水或蒸气发生剧烈反应。任何使用固体鋰的电池製造商都將受到严格审查，以证明其新电池至少与今天一样安全，更不用說支持更高安全性的說法了。
10 月，Stellantis 表示，其合作夥伴 Factorial 將在真實世界測試條件下在电動 Dodge Charger Daytonas 車队中測試其（半固态）电池—尽管要到 2026 年才能測試。這些电池具有帶有鋰陽极（而不是石墨）的“准固体电解质”。
中國製造商奇瑞向中國汽車報聲稱，它正在安徽省芜湖市創建世界上第一條全固态电池生產線，產能超過1吉瓦時（足以容納100,000辆配備100千瓦時电池組的电动汽車）。它還还制定了未來兩代固态电池技術的计划。它是安徽安华新能源科技的一部分，安华新能源科技是一家与中国电池製造商国軒科以及日本和泰國合作夥伴於 2020 年成立的合資企业。
試錯使強者謙卑
尽管如此，就像电气或电子技术前沿的任何进步一样，固态电池真的很难從实验室帶到生產电动汽車中。一般來說，每100次有前途的电池实验室測試中，就有1次会进入原型生产线，而进入大批量生產的电池更少。丰田在 15 年前吸取了這一教訓，当时它无法生产为第三代 2010 年丰田普銳斯選擇的鋰离子电池，不得不改用其久經考驗的 15 年历史的鎳金属氫化物电池。
丰田長期以來一直是固态电池的支援者。它表示，它认为在固态电池到來之前，电动汽車將不适合大規模采用。但即使是強大的丰田也一直在努力將固态电池投入生产。它于 15 年前的 2010 年 12 月首次展示了固态电池原型。在 2010 年代的大部分時間里，它表示將在 2020 年之前將固态电池投入生产。2023年底，該公司宣佈該日期已推迟 2027 年。
一旦新电池投入生产，汽車製造商才能承諾在量产車輛中使用它們，然後就要进行完整的验证过程。固态电池可能会以比传统鋰离子电池更高的价格进入市場;使它們与当今的电池相比具有成本競爭力將是关键。本田声称其固态电池將使用类似于液体电解质鋰离子电池标准生产工艺的方法製造。
电池和汽車：在 2020 年代結束之前？
純固态电池初創公司 QuantumScape 的首席執行官西瓦·西瓦拉姆 （Siva Sivaram） 在 12 月告訴路透社，他預計，“到 2025 年，至少有兩家公司將宣布他們拥有固态電池。到 2025 年底，有人会宣佈，嘿，他們正计划製造一輛配备固态电池的汽車......虽然他們不会告訴你什么時候。
“而且，他謹慎地補充道，”固态电池將在本十年的後期進行大批量生产。
中國人会发挥作用嗎？“我认为（純固态电池）不會來自中國，”他說。（中國的电池製造商和电动汽車公司无疑有所不同。西瓦拉姆指出，完全消除石墨負极与中國在电动汽車电池方面的优势之一相抵消。這將使电池製造商无需中國目前控制供應鏈的材料。
因此，現在的公告速度表明，固态电池确实会出現在电动汽車上，並在 2030 年之前在北美銷售。但我們不會押注任何特定年份會發生這種情況——至少現在還沒有。
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杨超凡 2025.6.16
