最近非常熱的議題是日本汽車產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)向，由豐田汽車公司主導(dǎo)的電動(dòng)汽車技術(shù)研發(fā)聯(lián)盟，包含了豐田、馬自達(dá)、電裝、鈴木、斯巴魯、日野汽車及大發(fā)工業(yè)多家公司，為的是共享知識(shí)、降低成本、加速研發(fā)進(jìn)程。

從整體車型來(lái)看，鈴木、大發(fā)以小型車為重點(diǎn)、斯巴魯以中型車為重點(diǎn)、日野以商用車為重心，從而構(gòu)建起一套適用于各種車型的電動(dòng)汽車基礎(chǔ)技術(shù)。如下圖所示，這個(gè)進(jìn)程和規(guī)模，離之前豐田發(fā)布的相關(guān)規(guī)劃有差距，我們可以有幾種解讀。

經(jīng)濟(jì)性：由于每個(gè)車企都需要有純電動(dòng)車型進(jìn)行合規(guī)，通過(guò)結(jié)盟均攤費(fèi)用，使用同質(zhì)化的技術(shù)可以快速降低成本。

技術(shù)可行性：如果在固態(tài)電池上沒(méi)有突破，可以通過(guò)各個(gè)車型的應(yīng)用來(lái)快速找到現(xiàn)有鋰電池應(yīng)用的關(guān)鍵共性問(wèn)題；如果在固態(tài)電池上有突破，則通過(guò)共同投資來(lái)均攤先進(jìn)技術(shù)所帶來(lái)的高費(fèi)用問(wèn)題。

合規(guī)和企業(yè)形象：通過(guò)以上兩條，來(lái)解決目前迫在眉睫的中國(guó)市場(chǎng)的雙積分要求，也可以應(yīng)對(duì)接下來(lái)歐洲市場(chǎng)的要求。不過(guò)這次還是從另一個(gè)角度來(lái)改變?nèi)毡酒嚠a(chǎn)業(yè)的整體形象。

豐田純電動(dòng)規(guī)劃是從2020年開始小量，2025年覆蓋多個(gè)車型

以以上目標(biāo)為導(dǎo)向試圖做出改變的日本汽車產(chǎn)業(yè)，整體策略的基礎(chǔ)是對(duì)純電動(dòng)汽車的看法。從這個(gè)意義上，在開發(fā)固態(tài)電池上，豐田并不像是一個(gè)整車OEM企業(yè)，倒像是一個(gè)核心供應(yīng)商，通過(guò)鎖定其他車企的需求并均攤研發(fā)費(fèi)用，從而把它作為一個(gè)大事業(yè)來(lái)做。

關(guān)于豐田的固態(tài)電池，有以下幾點(diǎn)信息：

消息來(lái)源：目前比較可靠的來(lái)源是相關(guān)研究單位發(fā)表的論文和申請(qǐng)的專利，這兩者都集中于原理層面，而產(chǎn)品工程方面和制造工藝方面，尚無(wú)法探知。

車型產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程：根據(jù)過(guò)往的情況，只有到了車型快要發(fā)布的時(shí)候，豐田才會(huì)發(fā)布更多的信息，這次有更多的企業(yè)參與，可以關(guān)注各個(gè)參與企業(yè)發(fā)布的信息，來(lái)評(píng)估判斷他們到底是采用現(xiàn)有常規(guī)的電池技術(shù)，還是真的有突破。

豐田在固態(tài)電池的投入有點(diǎn)類似核心供應(yīng)商

從日本汽車產(chǎn)業(yè)的態(tài)勢(shì)來(lái)看，固態(tài)電池將改變純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)形態(tài)的說(shuō)法比較多，這也會(huì)對(duì)未來(lái)的供應(yīng)鏈和整車規(guī)劃產(chǎn)生較大的影響。

本文從幾個(gè)角度來(lái)匯總一下現(xiàn)有信息，同時(shí)對(duì)幾個(gè)大方向的問(wèn)題進(jìn)行梳理，提出三個(gè)問(wèn)題：

1.     固態(tài)電池與傳統(tǒng)的鋰電池差異有多大？

2.     目前全球范圍內(nèi)，在不同的技術(shù)路線上，研究和應(yīng)用的進(jìn)展如何？

3.     政策制定部門、車企、電池供應(yīng)商和材料供應(yīng)商，該如何跟蹤和看待這個(gè)讓人有些看不透的拐點(diǎn)？

從現(xiàn)有情況來(lái)看，對(duì)于2020年豐田推出革命性的固態(tài)電池技術(shù)這一點(diǎn)，大部分從業(yè)人士是持有懷疑態(tài)度的。特別是涉及到目前純電動(dòng)汽車要求較大容量的電池，需要從小電池往大電池放大，這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的制造問(wèn)題讓業(yè)內(nèi)人士存疑。

固態(tài)電池核心的缺點(diǎn)就是電池方法之后的功率特性和可制造性【1】

一、固態(tài)電池與傳統(tǒng)鋰電池的差異

全固態(tài)鋰電池是指電芯內(nèi)各單元，包括正負(fù)極、電解質(zhì)全部采用固態(tài)材料的鋰二次電池。在構(gòu)造上比傳統(tǒng)鋰離子電池要簡(jiǎn)單，固體電解質(zhì)除了傳導(dǎo)鋰離子，也充當(dāng)了隔膜的角色，它的工作原理與傳統(tǒng)的鋰離子電池原理是相通的。

如下圖所示，傳統(tǒng)的鋰電池在往高能量密度方向走的時(shí)候，需要盡可能增加有效參與反應(yīng)的物質(zhì)比例（包含電解液、電解質(zhì)鹽、隔膜與黏接劑聚偏氟乙烯）。

傳統(tǒng)鋰離子電池與固態(tài)電池

而從當(dāng)前情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)外大量的電池企業(yè)已經(jīng)在擴(kuò)充產(chǎn)能的道路上走了挺遠(yuǎn)的一段路，如下圖所示。提升可充放鋰電池能量密度的方法是對(duì)正負(fù)極材料進(jìn)行選擇和改性，優(yōu)先發(fā)展含硅負(fù)極、高比能量正極的第三代鋰離子電池，在安全方面考慮采用以下的辦法來(lái)提高安全性：

?       功能電解液

?       耐高溫隔膜基材

?       陶瓷涂覆隔膜

?       減小電芯內(nèi)阻

?       電芯升溫后提高內(nèi)阻

?       電芯散熱

短期來(lái)看，各個(gè)電池企業(yè)都是按照這個(gè)路徑在走，雖然趕不上中國(guó)電池路線圖的要求，但是電池能量密度從210Wh/kg一步步提升到250Wh/kg，再往上到300Wh/kg還是可以預(yù)期的。

鋰電池的進(jìn)化分支

二、固態(tài)鋰電池的應(yīng)用開發(fā)現(xiàn)狀

此前業(yè)界一致的觀點(diǎn)是，對(duì)于全固態(tài)鋰二次電池的研究還處在早期的階段，按電解質(zhì)區(qū)分主要包括兩大類：聚合物全固態(tài)鋰電池和無(wú)機(jī)全固態(tài)鋰電池。

固態(tài)電池的研究范疇

實(shí)際開發(fā)過(guò)程中，各國(guó)的研究機(jī)構(gòu)在產(chǎn)品化的過(guò)程中不僅僅需要關(guān)注離子導(dǎo)電性，其他性能也至關(guān)重要。不同種類的固態(tài)電解質(zhì)，可以通過(guò)一組綜合評(píng)價(jià)表來(lái)對(duì)比，主要性能有：高的離子導(dǎo)電性、低的離子面積比電阻、高的電子面積比電阻、高的離子選擇性、寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口、好的化學(xué)兼容性、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、優(yōu)異的機(jī)械性能、簡(jiǎn)單的制備過(guò)程、價(jià)格低廉、易整合和環(huán)境友好。如下圖所示：

固態(tài)電池質(zhì)的特性【2】

從國(guó)際上固態(tài)電池領(lǐng)域的投資收購(gòu)動(dòng)向看，依托于美國(guó)科研單位的孵化企業(yè)獲得大型企業(yè)的投資，一方面可以理解為初創(chuàng)企業(yè)主要集中在前端的電解質(zhì)特性研究，小型原型電池在電池放大過(guò)程中和后續(xù)的產(chǎn)業(yè)化和可制造性方面缺乏完整的可持續(xù)性；另一方面我們也可以這樣理解：科學(xué)家們通過(guò)研究材料和特性，擁有了專利和原型產(chǎn)品，至于把它產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；托枰こ毯椭圃炱髽I(yè)予以較長(zhǎng)時(shí)間的轉(zhuǎn)化。這也客觀地促成了投資交易，如果已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了完整的產(chǎn)品和制造過(guò)程，這些初創(chuàng)企業(yè)也就沒(méi)有把自己賣掉的必要。

固態(tài)電池企業(yè)的投資和收購(gòu)

小結(jié)：

本篇主要是對(duì)一些固態(tài)電池的基本的考慮，寫作過(guò)程中花了很多的時(shí)間了解不同的分支和研發(fā)的情況，也看了不少綜述的文章。對(duì)于豐田，更多的可能還是一種擴(kuò)大投資的行為。在2020年三年之內(nèi)拿出真正車載可用、而且成本占有優(yōu)勢(shì)的固態(tài)電動(dòng)產(chǎn)品，需要非常大規(guī)模的制造層面的投資和開發(fā)。很多事情在不斷的發(fā)展之中，當(dāng)下實(shí)在看不出來(lái)有跨代的黑科技出來(lái)。當(dāng)然客觀來(lái)說(shuō)，隨著各個(gè)車企對(duì)電池性能的訴求增加，而原有路徑提升有困難的話，研發(fā)和試制的資源往固態(tài)電池領(lǐng)域大量投入是可以預(yù)期的。

參考文件：

1） Goldman SachsCharging the future: Asia leads drive to next-generation EV battery market

2） Manthiram, A. et al. (2016) Lithium battery chemistries enabled by solid-state electrolytes

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