中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：北京時(shí)間2022年4月8日下午1時(shí)，日產(chǎn)汽車在線上舉行全固態(tài)電池技術(shù)說(shuō)明會(huì)。
去年11月29日，日產(chǎn)汽車首席執(zhí)行官內(nèi)田誠(chéng)（Makoto Uchida）和首席運(yùn)營(yíng)官古普塔（Ashwani Gupta），通過(guò)線上直播方式發(fā)布“日產(chǎn)汽車2030愿景”（Nissan Ambition 2030）。
其中提到，日產(chǎn)汽車是首批自主研發(fā)車載鋰離子電池技術(shù)的企業(yè)之一，已進(jìn)行30年探索。在此基礎(chǔ)上，它將引入無(wú)鈷技術(shù)。目標(biāo)是到2028年，與第二代日產(chǎn)聆風(fēng)（Nissan LEAF）相比，將液態(tài)鋰離子電池成本降低65%以上。
電池是轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，日產(chǎn)汽車正在研究固態(tài)電池技術(shù)（ASSB）。到2026財(cái)年，計(jì)劃投入1400億日元（約79億元），并與全球伙伴合作。到2028財(cái)年，推出搭載這一電池技術(shù)的電動(dòng)車型。2024財(cái)年在日本橫濱建造試點(diǎn)工廠。
很多人想當(dāng)然地認(rèn)為，固態(tài)電池要比當(dāng)下的鋰離子電池更加安全。日產(chǎn)汽車負(fù)責(zé)先進(jìn)電池研究的副總裁Kazuhiro Doi希望人們能消除這一既定觀念。
的確，下一代固態(tài)電池摒棄了易燃的液體電解質(zhì)。但它們會(huì)塞滿更多的能量，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，可能會(huì)引發(fā)暴力火花。
作為日產(chǎn)汽車固態(tài)電池開(kāi)發(fā)工作的負(fù)責(zé)人，Kazuhiro Doi警告說(shuō)，固態(tài)電池能量密度是目前鋰離子電池的兩倍，因此就像一個(gè)更危險(xiǎn)的潛在炸彈?！叭绻l(fā)生重大事故，固態(tài)電池可能會(huì)比現(xiàn)在的電池更具災(zāi)難性?！?
不過(guò)，Kazuhiro Doi也堅(jiān)信，日產(chǎn)汽車目前可以克服此類安全問(wèn)題，以及其他導(dǎo)致固態(tài)電池難以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素。
Kazuhiro Doi的團(tuán)隊(duì)一直在努力解決這些難題。日產(chǎn)汽車承諾，將在短短6年期限內(nèi)，將重量更輕、體積更小、能量密度更高的固態(tài)電池推向市場(chǎng)。
日產(chǎn)汽車認(rèn)為，該公司可以實(shí)現(xiàn)一種電池，其能量容量是鋰離子電池的兩倍，充電時(shí)間為鋰離子電池的三分之一。
全固態(tài)電池技術(shù)能有效降低電池成本。日產(chǎn)汽車計(jì)劃到2028財(cái)年，這種電池能將電池組成本降至每千瓦時(shí)75美元。未來(lái)，將成本進(jìn)一步降低至每千瓦時(shí)65美元，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車型和燃油車型成本持平。
這家汽車制造商希望，這樣的突破能幫助其在一系列新細(xì)分領(lǐng)域推出電動(dòng)車型，比如皮卡、大型SUV甚至是跑車。在這些細(xì)分領(lǐng)域，重量和尺寸是一個(gè)問(wèn)題。
“我認(rèn)為全固態(tài)電池可以改變游戲規(guī)則?！盞azuhiro Doi說(shuō)。
▍手工試制
目前，日產(chǎn)汽車只是朝著這個(gè)目標(biāo)邁出了第一步，它設(shè)立了一個(gè)可行性研究實(shí)驗(yàn)室，正在對(duì)這種電池進(jìn)行手工試制、限量生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)。如果一切按計(jì)劃進(jìn)行，這個(gè)小規(guī)模、秘密的工廠將在2024年啟動(dòng)試點(diǎn)，在2028年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。
在日產(chǎn)汽車努力應(yīng)對(duì)這一重要新技術(shù)的同時(shí)，從豐田汽車、大眾汽車集團(tuán)到通用汽車，以及許多初創(chuàng)企業(yè)和幾乎所有傳統(tǒng)對(duì)手，都在競(jìng)相尋找該領(lǐng)域通往成功的正確道路。
一窺日產(chǎn)汽車實(shí)驗(yàn)室，就可以想象通往固態(tài)電池的道路將是多么漫長(zhǎng)和艱難。
這個(gè)1400平方英尺的車間是一個(gè)封閉的干燥房間，位于日產(chǎn)汽車Oppama工廠的一個(gè)舊倉(cāng)庫(kù)內(nèi)。工程師們?cè)谶@里制作新型催化劑原型。
在這間干燥車間，大約有10名工人正在費(fèi)力地混合電解質(zhì)漿，用長(zhǎng)勺從塑料杯中舀出陰極粉末，這一過(guò)程完全手動(dòng)完成。他們把它混合成一種墨黑的黏液，然后像攤煎餅一樣鋪在薄鋁板上——一次只能生產(chǎn)兩塊電芯。
粘液干燥后，薄鋁板經(jīng)過(guò)一個(gè)類似電話亭的沖壓機(jī)器，其沖壓壓力是標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池的3倍。
然后，工人們將電解質(zhì)片切成合適的尺寸，并小心地將它們與陽(yáng)極片堆疊在一起。最后，他們將四層電池真空密封到鋁箔袋中。
這項(xiàng)工作既費(fèi)力又費(fèi)時(shí)。大部分工序都是通過(guò)有機(jī)玻璃手套箱完成的，以保持超低濕度和清潔。由于房間非常干燥，技術(shù)人員需要每?jī)尚r(shí)休息一次補(bǔ)水。
▍每月50個(gè)
日產(chǎn)汽車負(fù)責(zé)創(chuàng)新電池生產(chǎn)工藝的副總經(jīng)理Kenzo Oshihara說(shuō)，目前這個(gè)實(shí)驗(yàn)室每月只能生產(chǎn)大約50個(gè)這樣的四層電芯。
Oshihara估計(jì)，一輛電動(dòng)車就需要大約5000個(gè)這樣的電芯。
“要在這個(gè)試制房間里為汽車制造電池還需要很長(zhǎng)時(shí)間。大規(guī)模生產(chǎn)的設(shè)備必須更加精密?！監(jiān)shihara補(bǔ)充說(shuō)。
更大的挑戰(zhàn)在于技術(shù)和制造。目前，日產(chǎn)汽車仍在尋找陰極和陽(yáng)極的正確化學(xué)材料。該公司與美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)有合作關(guān)系，可以在NASA龐大的電池?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中搜索有效的材料組合。
利用人工智能篩選方式，日產(chǎn)汽車相信它可以將研究時(shí)間縮短一半以上，從5到20年縮短到2到3年。
Kazuhiro Doi說(shuō)，日產(chǎn)汽車還在專注于無(wú)鈷陰極化學(xué)成分，可能會(huì)使用硫或錳，因?yàn)檫@些材料相對(duì)豐富且價(jià)格低廉。在陽(yáng)極方面，日產(chǎn)汽車考慮硅基或鋰金屬化合物。
▍精度高于一切
下一步，是制造這些電池的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。
首先，漿液必須攪合得很細(xì)，必須把所有的結(jié)塊都清理出來(lái)，以最大限度地提高電池的導(dǎo)電性。陰極-電解質(zhì)-陽(yáng)極層需要絕對(duì)精確地排列。在此過(guò)程中，日產(chǎn)汽車必須完善如何將所有這些程序提升到大規(guī)模量產(chǎn)的狀態(tài)。
“這一切都與精度有關(guān)，但精度與成本和速度有關(guān)?！盞azuhiro Doi說(shuō)，“與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，這是一套復(fù)雜得多的工藝。”
日產(chǎn)汽車表示，它已經(jīng)克服了一些障礙。
陰極上采用了粘合劑，降低電阻的同時(shí)，改善了鋰離子的移動(dòng)。工程師們還發(fā)現(xiàn)了一種材料，可以抑制會(huì)導(dǎo)致電池短路的枝晶形成。他們還發(fā)明了一種設(shè)計(jì)，使得電解質(zhì)和電極層重復(fù)擴(kuò)張和收縮而不分離。
更重要的是，該團(tuán)隊(duì)表示，他們已經(jīng)破解了在低溫下快速充電的秘訣。
▍自主研發(fā)
盡管有越來(lái)越多的初創(chuàng)公司和供應(yīng)商試圖進(jìn)入固態(tài)電池領(lǐng)域，但日產(chǎn)汽車認(rèn)為，單干和自主研發(fā)比合作更有優(yōu)勢(shì)，至少在初期階段是這樣。
在談到外部供應(yīng)商時(shí)，Kazuhiro Doi表示:“他們沒(méi)有成熟的技術(shù)，無(wú)法與我們這樣的汽車制造商合作。”日產(chǎn)汽車希望控制電池設(shè)計(jì)和制造等領(lǐng)域的技術(shù)訣竅，而不一定是原材料本身的化學(xué)成分。
“這將是我們競(jìng)爭(zhēng)力的來(lái)源?！彼f(shuō)。
但日產(chǎn)汽車只有幾年的時(shí)間來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，并在2028年之前實(shí)現(xiàn)成本目標(biāo)。該公司希望通過(guò)使用更便宜的材料和簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
“當(dāng)然，我們目前談?wù)摰氖茄邪l(fā)過(guò)程，所以沒(méi)有百分之百的信心。但只要我們努力，我們就可以做到。”Kazuhiro Doi說(shuō)。
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