固态电池，丰田的梦想与现实

“呵呵。”这是多名受访对象对“丰田汽车将在2027年量产固态电池，可实现充电10分钟续航1200公里”的第一反应。

连续多年占据全球汽车市场销量第一宝座的丰田，毫无疑问是家值得尊敬的企业。但基于其在电动汽车领域多年来的“调性”，丰田主动披露的“固态电池突破性进展”并未得到业界的普遍认可。

图为丰田汽车会长丰田章男在2023年东京车展上

专家分析指出，丰田汽车频频宣布在固态电池方面取得的“突破”，重在抢夺未来动力电池话语权。业内要想在2027年或2028年实现全固态电池量产仍需克服重重障碍。一方面，需要找到合适的固态电解质以提升离子电导率和界面相容性，以及相应的电极电芯结构及工艺设计；另一方面，全固态电池本身成本性能、规模化制造究竟能否满足市场需求也需要持续探索，从实验室到生产线再到市场的转变充满困难。

丰田之困

从摩托车、轿车，到SUV、公交车、货车……绿色牌照的纯电动汽车在马路上来来往往、川流不息。新能源汽车替代传统燃油汽车已成为全球汽车产业发展的必然的趋势。根据中国汽车工业协会最新数据，今年前三个季度，我国新能源车渗透率（市场占有率）达29.8%。全国乘用车市场信息联席会秘书长崔东树披露的数据显示，2023年1—8月世界新能源乘用车销量同比增长40%。

然而，面对这场电动化转型的浪潮，丰田汽车却是态度鲜明的抵制。丰田汽车会长丰田章男曾多次在公开场合抵制电动化，称汽车制造商应该继续投资混合动力汽车，而不是全力投入电动汽车。一位汽车行业资深人士向记者介绍，出于对传统燃油车市场的不舍和对氢能源汽车的期待，丰田汽车对于纯电动汽车一直采取“保守态度”。按照丰田汽车的说法，由于价格高昂和充电基础设施不发达，并非所有人都准备接受电动汽车，减少碳排放的最佳方式是为消费者提供多种选择，包括混合动力汽车、插电式混合动力汽车、氢动力车型和电动汽车。

因此，在过去的几年中，丰田汽车绝大多数纯电车型止步于概念，量产落地的并不多，这使其与中国新能源汽车爆发式增长的机会失之交臂。记者了解到，丰田汽车目前在中国共投放了两款电动车型，分别为中型SUV bZ4X和中型车bZ3，动力电池分别由宁德时代和比亚迪提供。今年1—9月份，两款车型销量分别为1.24万辆和1.87万辆，不及热门新能源车型的单月销量。

图为丰田汽车固态电池

“事实上，丰田汽车称得上是最早一批布局新能源技术的汽车制造商。1997年丰田汽车开始对镍氢电池展开研发，2008年进军固态电池领域，2020年研究BEV平台，但是这些技术主要围绕混动车型展开，而且是用作战略储备。”该业内人士称。

故事的转折点发生在今年4月，丰田章男正式卸任丰田汽车总裁和首席执行官后，新上任的佐藤恒治表达了对电动汽车的支持，并开始重视中国市场。紧接着5月，佐藤恒治宣布，丰田将在2030年前向纯电动汽车相关领域投资5万亿日元，较此前增加1万亿日元；同月设立了BEV专属组织—BEV Factory，核心目标是希望通过汽车、制造、工作的变革，用BEV改变未来。丰田汽车计划到2026年，将纯电动汽车的全球销量提高到150万辆，到2030年增至350万辆。

在这种情况下，固态电池被视为丰田汽车实现“逆风翻盘”和“弯道超车”的关键。按照丰田汽车的估算，配备全固态电池的汽车可实现充电10分钟续航1200公里，这与丰田汽车现有车型bZ4X充电30分钟理论续航600公里相比，有了质的提升。

“狼来了”？

早在2010年，丰田就宣布计划在2025年之前实现固态电池小规模量产，在2030年前实现稳定量产。但因研发进程不及预期，丰田多次修改了固态电池量产计划。

随着领导层的更替，丰田对电动汽车和固态电池的研发明显提速。今年6月份，丰田汽车就曾宣布，最早将于2027年投放搭载“全固态电池”的纯电动车型，支持超快充和超长续航，充电10分钟可行驶1200公里。紧接着7月，丰田汽车表达了从电池尺寸到成本和重量均减半的决心。

10月，丰田又宣布与日本出光兴产石油公司联合研制硫化物固体电解质。据信这种固态电解质能实现大容量、大功率等特性，续航能力最具前景。

该固态电解质是否破解了固态电池的材料瓶颈？一位业内专家告诉《中国电子报》记者，一般而言，硫化物基电解质具有较好的离子电导率，但化学稳定性较差，在潮湿环境下易与空气中的水和氧气发生反应，也可能和正负极材料反应。因此，硫化物固体电解质不意味着解决了固体电解质的难题，还有大量该电解质自身以及固态电池共性问题需要解决。

而对于丰田汽车在2027年或2028年量产固态电池的可能性，业内也普遍持保守态度。“一方面，需要找到合适的固态电解质以提升离子电导率和界面相容性，以及相应的电极电芯结构及工艺设计；另一方面，全固态电池本身成本性能、规模化制造究竟能否满足市场需求也需要持续探索，从实验室到生产线再到市场的转变充满困难。”该专家解释称。

一位不愿意透露姓名的电池企业负责人告诉记者，对于固态电池，丰田汽车始终未公开相关细节，如能量密度、充放电速率、可充电循环次数等基本数据。目前看2027年或2028年实现固态电池量产充满挑战。而丰田频频宣布在固态电池方面有所进展，主要还是为了提振市场信心。

“固态电池的商业化进程仍然面临着许多挑战。”该负责人说。从基础研究层面看，固态电池目前存在循环差，倍率和低温性能不理想等问题；从工程化层面看，产业链配套仍不成熟，材料开发和生产工艺均需要突破；从量产推广层面看，成本、规模化量产设备、一致性等问题有待提前布局；从整车应用层面，快充能力、高低温性能、循环性能以及脉冲功率均需要进行适配性开发。

持有类似观点的，还有宁德时代首席科学家吴凯。“电池成本减半听起来让人很兴奋，我也觉得如果真能做到的话，那对整个行业来说绝对是颠覆性的。”不过，吴凯认为，电池成本减半其实很难做到，即使固态电池完全不需要电解液和隔膜，成本也降不了一半。

此外，在能量密度的层面，基于现有的石墨或硅的负极材料体系，无论电解质是什么形态，电池的能量密度不会有本质提高。因此能量密度探索的重点方向是金属锂负极，而相对于液态电解质，固态电解质更适合与金属锂结合。吴凯表示，目前固态电池技术成熟度等级仍然在前期阶段，还有些行业核心问题亟待解决。但他同时承认，技术确实是在变革中，至于2027年如何，目前很难预测。

数据来源：SNE Research

在赛迪顾问汽车产业研究中心高级分析师宋爽看来，即便丰田汽车真在2027年造出了固态电池，短期内对全球锂电产业链影响也不大。主要原因一是由于固态电池在产业化初期阶段，市场规模和产业链结构尚未完全形成，而我国锂电产业链体系已经较为完整，固态电池的量产可能会促进新材料和新技术的应用和发展，成为传统锂电池的补充路线之一，但并不会完全取代传统锂电池。二是固态电池的优势在于高能量密度、高安全性等方面，可能会与传统锂电池产生一定程度的竞争局面。此外，固态电池量产后仍面临成本、制造工艺和良率等问题，其市场份额和影响力在短期内可能不会迅速扩大。

固态电池，颠覆性的下一代电池技术？

丰田能否如期量产尚未可知，但固态电池的确是业界公认的下一代电池技术方向。

动力电池是新能源汽车的核心部件，成本约占整车的40%，直接影响着电动汽车的续航能力和安全性。当前，以磷酸铁锂和三元锂电池为代表的液态锂离子电池已发展成为行业的主流技术。但随着电池技术的更迭，液态锂电池的能量密度已经接近理论上限，在不更新材料的前提下，很难取得大幅提升。

而固态电池使用固体电解质替代了传统锂电池的电解液和隔膜，更安全、能量密度更高、循环性能更强。在中国科学院院士欧阳明高看来，全固态电池是对现有液态锂离子电池的彻底颠覆。一方面，锂离子的传输机理完全改变，硫化物固态电解质可提高锂离子迁移数，高的离子迁移数有利于降低充放电过程中的浓差极化，使电池产生高的能量密度和功率密度；另一方面，全固态电池具有从100摄氏度到零下几十摄氏度的宽温度性能，使得电池能够在更多类型温度环境下正常使用。此外，全固态电池电压窗口提高后，正负极材料的选择范围大大提升，甚至可以在全固态电池中使用在燃料电池中应用的双极板。

“里程焦虑”是困扰新能源汽车消费者的最大问题之一，而电极材料通过电芯能量密度的上限，最终影响新能源汽车的续航里程。宋爽进一步解释道，电解液在高电压下易与电极发生化学反应，而固态电解质电化学窗口较宽，可以兼容高镍三元、富锂锰基等正极材料，以及硅基、金属锂等负极材料，实现了电池材料体系的全面迭代，使电池能量密度实现大幅跃升。在组装层面，固态电池电芯可以实现先串联后并联的方式一次成组，可实现空间利用率的提升，用于新能源汽车的电池系统能量密度可以进一步提高。

业界估计，液态锂电池的能量密度上限为350Wh/kg左右，而固态电池能量密度最高可达500Wh/kg。更高的能量密度，意味着在体积相同的情况下，可提供的能量更多，也意味着固态电池可以用更小的体积，实现液态电池的续航距离，这对电动汽车发展影响深远。

同时，固态电池在安全性能方面也具备较大优势。固态电解质可抑制锂枝晶生长，降低短路风险，提升安全性。“电池的安全性是新能源汽车最重要的性能指标。采用可燃有机电解液的传统锂离子电池，在过度充电、短路等情况下，电解液存在热失控危险。”宋爽告诉记者，“而固态电解质大多耐高温且不可燃，锂枝晶在固态电解质中生长速度缓慢，电池短路和自燃的风险可大幅降低，大大提升电池安全性。”

中国、韩国、日本是全球三大动力电池生产国，全球十大动力电池公司中国有6家、韩国有3家，日本有1家。现阶段，我国半固态电池已经实现量产装车，全固态电池仍在研发过程中，尚未确定量产时间表。日韩以全固态电池研发为主，仍面临界面阻抗大、电解质不稳定、成本居高不下的难题。韩国SK正在研发聚合氧化物复合材料电池和硫化物电池两款固态电池，计划在2026年完成早期原型，2028年实现商业化。韩国LG新能源计划2026年之前实现半固态电池商业化，2028年推出聚合物固态电池和硫化物固态电池，2030年推出性能更高的硫化物固态电池。韩国三星SDI目前正在进行材料验证，也计划在2027年量产固态电池。

图为丰田汽车社长佐藤恒治

续航更长、充电更快、价格更低，是动力电池业界共同的追求。汽车电动化转型的浪潮，已经势不可挡。日前，丰田汽车会长丰田章男再度“炮轰”电动汽车引发广泛关注，与此同时，丰田汽车社长佐藤恒治却对外表达了截然不同的观点：“电动汽车对丰田来说是一个缺失环节，这就是等待我们的未来。”