鋰離子電池，通過(guò)一定數(shù)量串并組合，裝配在汽車(chē)上，成為動(dòng)力電源的那一刻，高成本、大體積、高質(zhì)量、溫度適應(yīng)敏感、熱失控安全等問(wèn)題，就一直困擾著我們。

而全固態(tài)電池由于能提供更好的安全、更大的容量、更快的充電，被公認(rèn)是下一代電池技術(shù)路線(xiàn)的發(fā)展方向，也成了各大電池產(chǎn)業(yè)上下游企業(yè)的必爭(zhēng)之地：

韓國(guó)的三大電池巨頭聯(lián)手;日本23家車(chē)企、電池、材料公司、科研院校單位聯(lián)合;歐美國(guó)家相繼發(fā)布研發(fā)規(guī)劃;德國(guó)大眾豪擲1億美元投資電池技術(shù)公司——他們紛紛瞄準(zhǔn)并積極布局固態(tài)電池，并且加速核心技術(shù)攻克走向商業(yè)化，都是想在未來(lái)動(dòng)力電池市場(chǎng)竟?fàn)幹袚尩孟葯C(jī)。

豐田提出全固態(tài)電池不需要冷卻

前期，豐田在各種不同場(chǎng)合，多次闡述其研發(fā)的全固態(tài)電池特點(diǎn)，除了重要的高安全特性，還解決和滿(mǎn)足了長(zhǎng)續(xù)駛里程需求，快充電特性，同時(shí)，還不需要冷卻，體積可以縮減一半。(下圖為目前應(yīng)用典型的電池系統(tǒng)冷卻板體積)

在早期，豐田執(zhí)行副總裁勒羅伊(DidierLeroy)這樣描述，豐田在固態(tài)電池技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面處于領(lǐng)先地位，可以讓電池更安全，體積變的更小。

“ExecutiveVicePresidentDidierLeroybelievesToyotaistheleaderinsolid-statebatterytechnologyintermsofintellectualproperty.Heseesthemasa"game-changer"withthepotentialtodramaticallyimprovedrivingrange.

Leroysaid：Toyota'ssolid-statebatteriesarebasedonlithiumiontechnologybutcanoperateatahighertemperaturethancurrentlithiumionbatteries.Theydonotrequirecoolingandthusaremuchsmaller.”

讓我們掀開(kāi)全固態(tài)電池關(guān)鍵指標(biāo)一角，探究一下這些特點(diǎn)的生成原因。

全固態(tài)電池耐熱特性、低溫特性、倍率特性突出

來(lái)自KentaroYOSHIDAandKeizoHARADA“All-Solid-StateLithiumBatterieswithWideOperatingTemperatureRangeMitsuyasu”對(duì)基于硫化物全固態(tài)電池做的幾項(xiàng)測(cè)試(主要針對(duì)小容量電池的測(cè)試)：

高溫耐受性測(cè)試：從下圖示，電池在高溫170℃規(guī)定的充放電(Thetestconditionswereaconstantcurrentof0.3mAcharge/discharge,chargedto0.3mAh,anddischargedto3.0V)、循環(huán)條件下，可以觀察到，容量在高溫下，非常穩(wěn)定，變化很小，也就是說(shuō)，副反應(yīng)并沒(méi)有顯著的增加。

低溫耐受性測(cè)試：從下圖示，電池在低溫-40℃規(guī)定的充放電(Thetestconditionswereaconstantcurrentof0.02mA,chargedto0.02mAh,anddischargedto3.0V)、循環(huán)(試驗(yàn)條件為恒流0.02mA，充至0.02mAh，放電至3.0V)條件下，可以觀察到，容量因低溫影響，也是非常小的，仍然有很穩(wěn)定的放出和充入。

放電倍率特性：如下圖示，常溫下，在24C高倍率下放電，容量為低速率0.5C下的89%，說(shuō)明該電池具有優(yōu)良的功率特性。

上述測(cè)試條件，相比現(xiàn)在的商業(yè)化動(dòng)力電池確實(shí)還有很大的局限性和差距，但是固態(tài)電池從娘胎里帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)還是非常明顯的，在如此高的溫度條件，表現(xiàn)如此穩(wěn)定，安全性可見(jiàn)一斑。

對(duì)于一般液態(tài)電解質(zhì)電池，其策略保護(hù)，高溫>50℃進(jìn)入報(bào)警狀態(tài);70℃進(jìn)入熱失控風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。低溫環(huán)境，<0℃限制充電電流。電池在很窄的15～45℃范圍內(nèi)才能穩(wěn)定的工作。同時(shí)，為了保證電池系統(tǒng)的壽命，溫差范圍要求控制在<5℃。

全固態(tài)電池大大降低了對(duì)冷卻系統(tǒng)的依賴(lài)

有資料顯示，全固態(tài)電池耐熱性在(80～120℃)、阻燃性(200℃)，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有應(yīng)用的液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池。這主要與電解質(zhì)形態(tài)和結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系。

全固態(tài)電池使用的固體電解質(zhì)，是區(qū)別于液態(tài)有機(jī)電機(jī)解質(zhì)的主要特征材料，現(xiàn)在主要研究的有兩種類(lèi)型，氧化物和硫化物。目前包括豐田的全固態(tài)電池，主要是基于硫化物類(lèi)型全固態(tài)電池研究。

早在日本NissanleafEV車(chē)上，一直延續(xù)著沒(méi)有冷卻板，依靠電池殼體自然冷卻產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

對(duì)于EV電池系統(tǒng)，主要滿(mǎn)足較低倍率的充放電功率需求，在冷卻方面對(duì)熱管理表現(xiàn)的沒(méi)有功率型的HEV明顯。但是在低溫環(huán)境，環(huán)境適應(yīng)性是得不到滿(mǎn)足的。所以說(shuō)，對(duì)于全溫度的工況需求，更多的增加了水冷板式的熱管理系統(tǒng)。

這本身也是矛盾的。現(xiàn)有龐大的水冷系統(tǒng)，從成本角度，體積方面，都是不利的。

全固態(tài)電池耐熱性溫度范圍放大，安全性得到了保障。削弱了對(duì)水冷系統(tǒng)的依賴(lài)性。契合了解決成本和體積矛盾的想法。

盡管全固態(tài)電池如此誘人，但是，還不能停止現(xiàn)有熱管理技術(shù)的發(fā)展的腳步。

豐田表示，其全固態(tài)電池仍需10年的發(fā)展才能成熟。

全固態(tài)電池要想全面大批量投入生產(chǎn)和應(yīng)用，還需要很長(zhǎng)的一段時(shí)間。

豐田表示：“我們將小批量的試產(chǎn)開(kāi)始，用于試點(diǎn)項(xiàng)目，我們永遠(yuǎn)不會(huì)在客戶(hù)身上做實(shí)驗(yàn)。2030年，可能是更現(xiàn)實(shí)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)”。下圖是豐田技術(shù)路線(xiàn)規(guī)劃表。

熱管理高效和節(jié)能，需要繼續(xù)探索和研究

從Tesla車(chē)型演變案例觀察分析：

Tesla產(chǎn)品，一直以來(lái)引起地球人足夠的好奇。其設(shè)計(jì)的精妙也確實(shí)堪稱(chēng)典范。正如ElonMusk對(duì)團(tuán)隊(duì)的管理和要求一樣，在他們眼里“沒(méi)有做不到的事情”。

在熱管理功能單元組合中，透過(guò)產(chǎn)品的演變狀態(tài)，可以看出一些端倪。

關(guān)于電池加熱形式的變化，由PTC加熱改變?yōu)槔秒姍C(jī)接通電流零扭矩加熱，其技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)有待于后期進(jìn)一步研究分析，現(xiàn)在還不能量化和說(shuō)清楚。

其中一點(diǎn)是肯定的，提高熱系統(tǒng)效能的同時(shí)，一定是做到了降本。是雙贏的結(jié)果。這種“沒(méi)有做不到”的創(chuàng)新精神，值得學(xué)習(xí)。