全固态电池能否成为丰田实现反超决定性一击？
为了挽回“在纯电动汽车(EV)领域落后”这一被动局面，丰田又一次采取了行动。2023年10月12日，丰田宣布为实现纯电动汽车用全固态电池的量产化，将与出光兴产携手(图1)。双方将为开发固体电解质的量产技术、提高生产效率和构筑供应链而展开合作。借助此举，丰田将确保实现2027年至2028年向市场投放搭载全固态电池的纯电动汽车。
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图1 为实现全固态电池量产而联手的丰田和出光兴产 左为丰田社长 佐藤恒治，右为出光兴产社长 木藤俊一(日经XTECH) |
各界对全固态电池的关注度很高(图2)。原因是，与现行的液态锂离子充电电池(以下简称：液态电池)相比，不仅续航距离更长，而且充电时间也能缩短。为此，甚至有观点预测，对于在纯电动汽车的全球份额上落后的丰田来说，将成为“救世主”。
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| 图2 全固态电池的试制品(丰田提供) |
在此背景下，记者向出席记者会的丰田社长佐藤恒治提出了直截了当的问题。那就是，丰田将全固态电池投入实用化之后，能否成为反超美国特斯拉（Tesla）和中国比亚迪（BYD）的纯电动汽车的决定性一击？佐藤社长这样回答：
“我认为全固定电池的需求在构建多样化商品力方面是非常重要的因素。但是，用户所追求的汽车的魅力总体上如何变化，将在决定最终的商品力方面成为重要因素。这并非由电池本身决定。不只是续航距离和充电性能，还有如何不断创造作为纯电动汽车而提供的附加价值(很重要)”。
“例如，包括进一步提升作为软件定义汽车（Software Define Vehicle：SDV）的附加值、以及强化能源管理、追求汽车的作为移动出行工具而广泛使用的形象等在内，我认为全面地提高商品力非常重要”。
全固态电池可以实现什么样的纯电动汽车？
佐藤社长给出的是一个非常冷静的回答。但是，考虑到全固态电池潜在的高性能，也给人以过于保守的感觉。不出所料，将全固态电池视为“游戏规则改变者”的汽车领域记者向佐藤社长提出了如果充分利用全固态电池、将能制造出拥有怎样吸引力的汽车的问题。
佐藤社长表示：“一直以来，（我们）执着于‘造车企业制造的纯电动汽车’，进行了各种尝试。如果将全固态电池这一因素加入，我认为汽车将发生若干巨大的范式转变(Paradigm change)。其一是可以将能量密度设定得比液态电池更高，因此可以提高纯电动汽车的基本素质。例如与彻底依赖空气动力的汽车开发相比，可以获得更多一些自由，更容易实施充满魅力的设计，或者设计有利于整个车内的配套空间。”
“在制造满足用户期待的具有魅力的汽车方面，‘最优先课题’仍然是外观漂亮、行驶和性能优良。这种自由度不断提高，将带来作为汽车厂商追求精益求精之际的优势”
“能量密度越是提高，体积效率越高，因此配套的自由度也就越高。将不断造出能获得低重心且巨大的车内空间、布局自由的纯电动汽车。因此，使用全固态电池的汽车或越来越多”。
“由于充放电特性提高，电能交换的速度随之提高。也就是说，充电时间较长的商用车用途也将出现（能够使用全固态电池）的可能性。如此一来，纯电动汽车可使用的领域将随之扩大。不仅是乘用车，将在包括商用车在内的广泛领域产生移动出行的变化”。
但是，佐藤社长虽然承认全固态电池是“巨大的变化”，但并未改变这并不能支撑纯电动汽车的全部竞争力这一看法。
“无论如何，电池本身并不能从根本上决定汽车的价值。最终，有必要发挥全固态电池的优势，持续努力提高作为汽车的吸引力。从某种意义上讲，我们希望捕捉到能够带来巨大变化的技术，开发可以发挥其优点的汽车”。
那么，丰田今后打算在多大程度上使用全固态电池呢？在多少年里以多大的比例使用呢？记者询问了佐藤社长。
将来会普及到什么程度？
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图3 全固态电池的优势 由于离子电导率高，具有充电时间短、续航距离长、输出功率高等特点。(日经XTECH拍摄的丰田资料) |
这个问题没有得到正面的回答。首先是在发挥优势的同时挑战向市场推出全固态电池的阶段，至于未来能普及到什么程度，似乎还有待观察(图3)。
佐藤社长回答称：“首先，我们认为已通过基于实验室、即基于实证的研发，取得了一定的进展。跨越量产化障碍的挑战今后还将继续。在面向量产的验证工厂中，将进一步加快和推进量产的稳定性相关方面的研究”。
“我们希望不断加快步伐，以便到2027年至2028年中期尽可能向全球销售。从电池的生产技术来看，实现达到盈利的量产规模之前的步骤非常重要。第一步就是向全球推出产品。然后力争量产。也就是说，（我们）今后将进入旨在推动数量增长的(第二)阶段”。
“我认为，从起步阶段来看，供应量恐怕不会很大，现在最重要的是首先具体地让产品问世。接下来就是追求供应量”。
取得了怎样的突破性进展？
平时发言显得谨慎的丰田这次明确提出了实用化的具体目标时间，从这一点来看，该公司对全固态电池向市场投放相当具有信心。其背景是技术上的突破性进展（breakthrough）。这到底是什么样的进展呢？丰田CN先行开发中心的负责人海田啓司进行了说明：
“(全固态电池)由于电解质属于固体，存在容易出现裂缝的课题。一旦出现裂缝，离子的路径就会完全断绝。为了防止这种情况，必须避免正极、隔离层、负极和各活性物质之间产生裂缝。即使是同样的裂缝，性质和原因也不相同，其原因有3个。实现紧密贴合、使固体电解质变得强韧、拥有应对膨胀收缩的技术等的技术将成为突破性进展”。
“目前，关于这些突破性进展，处于在一定程度上已具备技术的基本眉目的状态。因此，可以说将在2027年至2028年之间挑战实际应用。之后，我们将稳步朝着量产化的方向采取行动”。
“即使只是2027年到2028年(的实用化的挑战阶段)，也需要开发各种新技术，在一定程度上扩大规模，并确保做到这一点。与出光兴产合作也是其中一项(举措)。必须充分打造好供应链”。
佐藤社长对于这个问题进行了补充回答：
“我认为，在全固态电池的突破性进展中，耐久性尤为重要。出光兴产的固体电解质可以借助强韧、即柔软的成分生产。这是非常重要的一点。虽然之前讨论过以各种方式来抑制变形的方法，但高度灵活的固体电解质意味着抑制变形的方法将会改变。如果把电池组也纳入视野，毫无疑问其形状会发生变化。我认为这就是突破性技术”。
“我认为这是两家企业从材料的入口到电池产品的出口一气呵成才能取得的突破性进展。此次合作的协同效应在于如何借助从入口到出口一气呵成做好，来迅速加以实现”。
“这将成为提高日本的国际竞争力的重要项目。要提高合作速度，迅速地不断改善。从材料开始一气呵成的做法还有一个好处，即可以回到改善的原点。也就是说，能够敲定并非在发生某些问题时通过对症治疗加以应对、而是追溯到原因、从原点开始进行改善的机制。这意味着这是没有回头路的开发。如果没有回头路，就会加快速度。这意味着(今后)两家企业将会采取这样的行动”。
成本可以降到何种程度？
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图4 全固态电池的开发过程 丰田和出光兴产自2013年以来，展开了长达10年的联合研究。(日经XTECH拍摄的丰田资料) |
与液态电池相比，全固态电池拥有更高的性能，但在迈向实用化和量产化方面可能成为最大障碍的还是高昂的成本。能将成本降低到什么程度呢？佐藤社长被问到了其前景的问题。
佐藤社长：“关于成本，与(生产)量当然存在相关性。要力争普及，如果不能达到相应的产量将很困难。作为第1阶段，当前的目标是推进重点放在向世界推出产品这一点上的开发。在此情况下，将具体克服与产量增加之际的生产有关的关键点，同时应对2030年以后的量产和商业化”。
“如果基于原理和原则，作为液态电池的构造体和要素，并没有太大的不同。因此，我们认为在量产和普及的阶段，应该具备与液态电池相同的视角，在此基础上推进开发。在作为属于最终商品(的纯电动汽车)来销售之际，我们认为应力争使车辆价格降至与液态电池相同的水平”。
对于这一回答，海田也进行了补充。他再次说明，虽然力争实现全固态电池的量产，但并不意味着液态电池的可能性就会随之消失。相反，认为两种电池会出现围绕削减成本的竞争。
海田表示：“实际上，液态电池的价格依然很高。因此，虽然目前正在挑战全固态电池的实用化，但即使是在全固态电池问世之后，也必须不断改善液态电池的(生产)工序和成本。我认为从成本的角度来看，这是持续改进的液态电池和全固态电池之间的竞争”。
“全固态电池的价格为什么如此高昂？这是因为背后存在两种相互冲突的情况，即除了需要制造各种各样的新材料之外，新材料的成套设备必须不断扩大规模。但是，在没有需求的情况下即使扩大规模，最终也是一种浪费的投资。此次，为了克服这一点，丰田加入了出光兴产的材料领域，表现出共同推进(开发)的决心”。
“全固态电池价格高的原因在于在根本上与液态电池不同。全固态电池和液态电池均力争进一步削减成本，将相互切磋，在适当的地方投入合适的电池”。
出光兴产的优势是什么?
丰田与出光兴产展开合作，是因为看重出光兴产的关于材料的卓越技术能力(图4)。那么，具体来说看重哪些技术呢？佐藤社长这样回答：
“从我们汽车厂商的角度来看，出光兴产的固体电解质的优势在于掌握了可实现耐水性、离子电导率和柔软性这三点的制造方法。关于材料的组成有哪些、何种材料搭配多少才是作为固体电解质有效的材料，这种材料成分的领域当然具有技术含量”。
“(不仅如此)使粒子均匀排列，将形成附着性高且容易跟随形状变化的柔软性。另外，如何才能实现抗水性强的制造方法呢？这些方面已成为并非仅由材料组成决定的固体电解质的竞争力源泉。出光兴产拥有关于这三个要素的配方，这是其优势所在”。
海田对此补充道：“出光兴产不仅能制造性能良好的材料，而且还能理解丰田轻松制造电池且提升性能的方法。在这些知识产权以外的领域，两家企业也有着长达10年的合作关系”。
其他材料的可能性?
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图5 左起为海田、佐藤社长、木藤社长、出光兴产专务中本肇 (日经XTECH) |
两家企业此次展开合作的是硫化物系固体电解质。不过，固体电解质除了硫化物系之外还有其他种类。为什么丰田会选择硫化物系呢？海田回答了这个问题(图5)：
“固体电解质除了与出光兴产合作开发的硫化物系之外，还存在与东京工业大学合作开发的LGPS(锂、锗、磷、硫)这一类型、结晶物系、氧化物系等多种类型。在这种情况下，我们从作为目标的车辆性能开始倒推，考虑了什么样的类型最适合、能最快和最广泛地发挥作用，最终得出的结论是，希望优先考虑与出光兴产正在研发的产品(硫化物系的固体电解质、从总体上考虑，具有优势)”。
“我们不能说绝对没有转向其他材料的可能性，但目前我们希望提高这种材料的水平，稳步推动首先在2027年至2028年之间向市场推出这一挑战”。
近冈裕 日经XTECH
资料来源：日经XTECH
https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/08509/
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