全固态电池6年内推向市场

北京时间2022年4月8日下午1时，日产汽车在线上举行全固态电池技术说明会。

去年11月29日，日产汽车首席执行官内田诚（Makoto Uchida）和首席运营官古普塔（Ashwani Gupta），通过线上直播方式发布“日产汽车2030愿景”（Nissan Ambition 2030）。

其中提到，日产汽车是首批自主研发车载锂离子电池技术的企业之一，已进行30年探索。在此基础上，它将引入无钴技术。目标是到2028年，与第二代日产聆风（Nissan LEAF）相比，将液态锂离子电池成本降低65%以上。

电池是转型的关键，日产汽车正在研究固态电池技术（ASSB）。到2026财年，计划投入1400亿日元（约79亿元），并与全球伙伴合作。到2028财年，推出搭载这一电池技术的电动车型。2024财年在日本横滨建造试点工厂。

很多人想当然地认为，固态电池要比当下的锂离子电池更加安全。日产汽车负责先进电池研究的副总裁Kazuhiro Doi希望人们能消除这一既定观念。

的确，下一代固态电池摒弃了易燃的液体电解质。但它们会塞满更多的能量，一旦出现问题，可能会引发暴力火花。

作为日产汽车固态电池开发工作的负责人，Kazuhiro Doi警告说，固态电池能量密度是目前锂离子电池的两倍，因此就像一个更危险的潜在炸弹。“如果发生重大事故，固态电池可能会比现在的电池更具灾难性。”

不过，Kazuhiro Doi也坚信，日产汽车目前可以克服此类安全问题，以及其他导致固态电池难以实现的关键因素。

Kazuhiro Doi的团队一直在努力解决这些难题。日产汽车承诺，将在短短6年期限内，将重量更轻、体积更小、能量密度更高的固态电池推向市场。

日产汽车认为，该公司可以实现一种电池，其能量容量是锂离子电池的两倍，充电时间为锂离子电池的三分之一。

全固态电池技术能有效降低电池成本。日产汽车计划到2028财年，这种电池能将电池组成本降至每千瓦时75美元。未来，将成本进一步降低至每千瓦时65美元，以实现电动车型和燃油车型成本持平。

这家汽车制造商希望，这样的突破能帮助其在一系列新细分领域推出电动车型，比如皮卡、大型SUV甚至是跑车。在这些细分领域，重量和尺寸是一个问题。

“我认为全固态电池可以改变游戏规则。”Kazuhiro Doi说。

▍手工试制

目前，日产汽车只是朝着这个目标迈出了第一步，它设立了一个可行性研究实验室，正在对这种电池进行手工试制、限量生产的实验。如果一切按计划进行，这个小规模、秘密的工厂将在2024年启动试点，在2028年实现大规模量产。

在日产汽车努力应对这一重要新技术的同时，从丰田汽车、大众汽车集团到通用汽车，以及许多初创企业和几乎所有传统对手，都在竞相寻找该领域通往成功的正确道路。

一窥日产汽车实验室，就可以想象通往固态电池的道路将是多么漫长和艰难。

这个1400平方英尺的车间是一个封闭的干燥房间，位于日产汽车Oppama工厂的一个旧仓库内。工程师们曾在这里制作新型催化剂原型。

在这间干燥车间，大约有10名工人正在费力地混合电解质浆，用长勺从塑料杯中舀出阴极粉末，这一过程完全手动完成。他们把它混合成一种墨黑的黏液，然后像摊煎饼一样铺在薄铝板上——一次只能生产两块电芯。

粘液干燥后，薄铝板经过一个类似电话亭的冲压机器，其冲压压力是标准锂离子电池的3倍。

然后，工人们将电解质片切成合适的尺寸，并小心地将它们与阳极片堆叠在一起。最后，他们将四层电池真空密封到铝箔袋中。

这项工作既费力又费时。大部分工序都是通过有机玻璃手套箱完成的，以保持超低湿度和清洁。由于房间非常干燥，技术人员需要每两小时休息一次补水。

▍每月50个

日产汽车负责创新电池生产工艺的副总经理Kenzo Oshihara说，目前这个实验室每月只能生产大约50个这样的四层电芯。

Oshihara估计，一辆电动车就需要大约5000个这样的电芯。

“要在这个试制房间里为汽车制造电池还需要很长时间。大规模生产的设备必须更加精密。”Oshihara补充说。

更大的挑战在于技术和制造。目前，日产汽车仍在寻找阴极和阳极的正确化学材料。该公司与美国国家航空航天局(NASA)有合作关系，可以在NASA庞大的电池数据库中搜索有效的材料组合。

利用人工智能筛选方式，日产汽车相信它可以将研究时间缩短一半以上，从5到20年缩短到2到3年。

Kazuhiro Doi说，日产汽车还在专注于无钴阴极化学成分，可能会使用硫或锰，因为这些材料相对丰富且价格低廉。在阳极方面，日产汽车考虑硅基或锂金属化合物。

▍精度高于一切

下一步，是制造这些电池的严格标准。

首先，浆液必须搅合得很细，必须把所有的结块都清理出来，以最大限度地提高电池的导电性。阴极-电解质-阳极层需要绝对精确地排列。在此过程中，日产汽车必须完善如何将所有这些程序提升到大规模量产的状态。

“这一切都与精度有关，但精度与成本和速度有关。”Kazuhiro Doi说，“与传统的锂离子电池相比，这是一套复杂得多的工艺。”

日产汽车表示，它已经克服了一些障碍。

阴极上采用了粘合剂，降低电阻的同时，改善了锂离子的移动。工程师们还发现了一种材料，可以抑制会导致电池短路的枝晶形成。他们还发明了一种设计，使得电解质和电极层重复扩张和收缩而不分离。

更重要的是，该团队表示，他们已经破解了在低温下快速充电的秘诀。

▍自主研发

尽管有越来越多的初创公司和供应商试图进入固态电池领域，但日产汽车认为，单干和自主研发比合作更有优势，至少在初期阶段是这样。

在谈到外部供应商时，Kazuhiro Doi表示:“他们没有成熟的技术，无法与我们这样的汽车制造商合作。”日产汽车希望控制电池设计和制造等领域的技术诀窍，而不一定是原材料本身的化学成分。

“这将是我们竞争力的来源。”他说。

但日产汽车只有几年的时间来解决这个问题，并在2028年之前实现成本目标。该公司希望通过使用更便宜的材料和简化生产流程来实现这一目标。

“当然，我们目前谈论的是研发过程，所以没有百分之百的信心。但只要我们努力，我们就可以做到。”Kazuhiro Doi说。

（本文部分内容综合Automotive News报道，部分图片来自网络）

标签： 日产汽车 锂离子电池 化学成分

　　 原标题：全固态电池6年内推向市场