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坚守混动技术23年,丰田汽车为何对锂电池避而远之?

本文作者:邓子健 2020-08-22 16:51
导语:丰田有没有纯电动汽车技术

 坚守混动技术23年,丰田汽车为何对锂电池避而远之?

1074.21 万辆、36.75 万辆,前者是丰田 2019 年总销量数据,后者则是特斯拉 2019 年销量数据。

二者体量虽相差甚远,但这并不妨碍特斯拉市值成功超越丰田成为全球市值最高车企,超高市值是整个汽车行业对特斯拉发展纯电动汽车模式的一种认可。

汽车行业已步入新能源时代,各家车企都在调整战略研发新能源汽车。动力电池作为新能源汽车核心发展技术,三元锂电池和磷酸铁锂电池已经成为动力电池主流选择。

当锂电池成为行业主旋律之际,丰田玩了 23 年的混合动力技术依然在坚持采用镍氢电池,销量上的最大竞争对手德国大众汽车也已经收购国轩高科,全力布局锂电池来迎合纯电动汽车发展趋势。

丰田为什么不大面积使用锂电池,丰田到底有没有纯电动汽车技术都是汽车市场关注的重点。

 坚守混动技术23年,丰田汽车为何对锂电池避而远之?

丰田正在研发续航 1000 公里氟离子电池

近日据外媒报道,丰田正在和京都大学(Kyoto University)研究人员联合开发新一代新能源汽车动力电池技术,被曝光的不是主流锂电池,而是新型氟离子电池。

据曝光的电池数据显示,氟离子电池储能量大约是传统锂离子电池的 7 倍,可以让电动汽车一次充电行驶 1000 公里。

丰田新型氟离子电池的工作原理是:通过氟离子导电电解质,将氟离子从一个电极转移到另一个电极来发电,阳极或负电荷电极由氟、钴、铜组成,阴极或正电荷电极主要由镧组成,同时氟离子电池完全无需使用锂作为原料。

 通常锂离子电池中使用的是液体电解质。丰田在研的这款氟离子电池则采用固体电解质,而固态电池最大的优势是自燃率会大大降低。

 不过,氟离子电池也面临着不小的挑战,就是电池在高温工作中,只有固态电解质被充分加热时才能导电,但这可能会导致电池电极膨胀。为解决电池膨胀问题,京都大学和丰田研究小组将用钴、镍和铜的合金制造电极。

当下几乎所有新能源汽车企业和动力电池车企都在”押注“三元锂电池或磷酸铁锂电池,而且这两种电池也已成为行业主流选择,随着丰田氟离子电池研究计划被披露,丰田又一次在锂电池领域渐行渐远。 

新能源领域多元化发展

汽车电动化来临之前,凭借在新能源汽车方面的建树,市场都预测丰田会是电动车领域绝对领军者。

这样的预测并非毫无道理,早在 1992 年 1 月,丰田对外宣布了《丰田地球环境宪章》,表示自己将会以新能源汽车方式来改变人类对于传统汽油发动机的依赖,在新能源汽车领域丰田已经坚守了 23 年。

 坚守混动技术23年,丰田汽车为何对锂电池避而远之?

虽然说特斯拉推动了纯电动汽车发展,但第一个真正将新能源汽车带入消费者生活的,却是丰田普锐斯,从 1997 年第一代普锐斯正式诞生至今,丰田系混动汽车销量已经突破一千万。

丰田一直坚守混合动力汽车技术,这个观点没错,只是错误判断纯电动汽车普及速度,引以为傲的混动技术并没有成为主流,原因文章后面会重点提及。

其一,在整个汽车行业逐渐走向电动化的趋势下,丰田存有掉队之嫌。不过需要明确一点的是,掉队只限于市场纯电动汽车市场保有量方面,在纯电动汽车技术储备方面并没有掉队之说,并且是多元化发展。

其二,电气化之路丰田纯电车型量产确实走的相对较慢,早期一直走的是混合动力的路线。目前,丰田又一直专注于开发燃料电池汽车。但丰田并没放松对锂离子电池领域研究,只是锂电池的不稳定性让丰田对其投放市场持保留的态度,毕竟 2009 年因“踏板门”事件在全球召回850万辆汽车一度让丰田面临破产局面,对于汽车质量安全已经到了苛刻地步。

事实上,使用三元锂电池车型频发的自燃事件证明丰田的担忧并非毫无道理,可能也正是这种稳健市场姿态造就了人们对丰田在锂电池领域毫无建树的错误观念。

在燃料电池方面丰田的研发投入可以排到整个汽车行业前列,以氢燃料电池为例,相比目前主流动力电池,其环保性大于前者,理论上是当下最环保的电池种类(排放接近于零),同时也具有能量转换效率高以及续航里程长等优点。但氢燃料电池面临的最大挑战是成本和基础设施建设,运行成本也过于高昂,安全性没有经过市场检验。

2014 年 12 月 15 日,丰田汽车在日本发布全球首款量产氢燃料电池汽车 Mirai,经过 6 年的发展除在日本收到欢迎外,在其他主流市场 Mirai 均反响平平。基础设施严重制约了氢燃料电池发展,而建设这些设施需要政府力量,仅凭丰田个人行为恐难以完成。在氢燃料电池使用方面,实践证明公共交通以及物流车型是其最佳载体,由于这些车型不受空间限制可以携带更大体积的氢燃料电池。未来氢燃料电池仍有其存在价值不会被淘汰,而且丰田的大手笔研究也并非毫无用处,技术也处于行业领先。

同时,锂电池领域研究和使用丰田也要早于大多数车企,2008 年就设立了电池研究部,专注于锂电池在内不同种类电池开发,并在同年与松下展开合作增加锂电池技术储备。2009 年第三代普锐斯上市使用的是镍氢电池,不过丰田也借助第三代普锐斯开始了锂电池测试。2012 年第二代 RAV4 EV 版本采用的就是锂电池组(来源于特斯拉)。锂电池技术丰田不是空白,一直在积极投入研发,只是在没有突破关键技术阶段,由于锂电池的不稳定因素,丰田迫于安全性没有大面积投放市场。

从镍氢电池到氢燃料电池、锂电池以及最新氟离子固态电池,丰田在安全基础上不断尝试新能源汽车多元化发展的可能性。所以无论汽车行业怎么发展,丰田都能赶上,甚至能凭其技术带起一股新的变革。

 坚守混动技术23年,丰田汽车为何对锂电池避而远之?

独爱镍氢电池

如果说氢燃料电池、锂电池、氟离子固态电池只是技术储备产品,那丰田唯一钟爱的动力电池非镍氢电池莫属。

镍氢电池丰田已经用了 23 年,为何丰田独爱镍氢电池?

这一点同丰田是日本企业不无关系,众所周知日本自然资源较为匮乏,尤其是环保意识走在前列,而镍氢电池的优势在于回收降解相对锂电池更为环保。

镍氢电池的主要成分为:稀土、镍,两者都有较高的回收价值,采用水为电解质溶液则不容易污染环境,对环境十分友好。

其次,镍氢电池安全性具佳,由于镍氢电池的电解液是水溶液,在发生短路等异常情况下也不容易燃烧。

尽管镍氢电池储能密度逊于锂电池,但混动技术可以借助发动机释放能量,能量密度不是最重点考虑对象,并且镍氢电池使用寿命也要优于锂电池。由于研发和生产镍氢电池产品已经超过 20 多年,品控、质量都已经得到很好控制。

美《消费者报告》实验中将一台开了 10 年 33 万公里普锐斯和一台 10 年车龄仅开了 3200 公里左右普锐斯进行对比,发现两车的电池各项性能指标差距并不明显,证明镍氢电池的衰减性相比其他种类电池要低太多。

纯电动汽车经过几年的发展,以锂电池为主的动力电池技术上已经处于瓶颈期。不可否认,纯电动车技术并未完全成熟,动力电池技术还有很远的路要走。预计在未成熟前,未来很长一段时间里丰田还将继续以镍氢电池为主。

现阶段如三元锂电池自燃率或许比其他种类电池要高一些,但得益于密度高、储能效果好、抗低温等优势,也不得不承认其也是纯电动车市场最佳选择。

 坚守混动技术23年,丰田汽车为何对锂电池避而远之?

丰田阻止纯电汽车发展阳谋已失败

纯电汽车迅速成为市场主流选择已经不可逆,研究了 20 多年被寄予厚望的混合动力已不能成为主流,且败的如此迅速,丰田显然不甘心,在去年其宣布将免费对外开放混合动力汽车技术专利。

为了这套动力系统打了无数官司的丰田为什么突然大方免费开放技术专利?目的很简单,减速纯电动汽车发展,让这套动力系统获得更多的市场份额,保住混动领域优势,不甘心混动技术就此失去市场。

但一切都太晚,纯电动汽车的发展已经停不下来,某种程度上这种局面也是丰田自己的错误判断,早些年众多车企都梦寐以求想得到这套动力系统,但丰田真的“太小气”,对这套系统看的太重,如果有侵犯专利发生立马会诉诸法律,除了“较真“的本田绕开了丰田专利发展了自己的混动技术,很多车企选择绕开混合领域,直接发展 PHEV 插电式动力汽车和纯电动汽车。

丰田的混合动力汽车技术全球最出色这点毋庸置疑,但混合动力汽车技术已经丧失市场优势也是不争事实。如果在 2014 年纯电动汽车爆发初期开放技术专利,今天的新能源汽车历史就有可能会被改写,纯电动汽车步伐或许也不会像如今这般速度发展。

混动丰田第一,但也仅限于同自己对比,免费开放技术专利,阻止纯电汽车发展阳谋已失败。

当然,混合动力技术一无是处论调,这个观点显然也是错误的,混动技术汽车本该是传统汽车到纯电动汽车中间最佳过渡产物,只是纯电动发展速度快于预期,目前新能源汽车续航里程、充电问题、安全性没有得到完全解决之前,很长一段时间内全球也有足够的新能源市场容纳下丰田混合动力汽车。 

总结

动力电池发展到最后会不会出现多种不同种类电池,这点在新能源汽车普及的初期难以断定,但肯定一点丰田独爱 23 年的镍氢电池不会成为主流,因为物理限制实在太高,丰田很难凭借一己之力完成镍氢电池物理上的突破。超级电池问世之前,动力电池市场主流选择依然是三元锂电池和磷酸铁锂电池。

目前对超级动力电池还没有明确定义,一旦最新氟离子电池突破续航和膨胀问题达到量产阶段,丰田的氟离子电池技术就有可能定义超级电池。

尽管混动技术已经错过最佳普及时机,但动力电池、新能源汽车领域技术储备丰田不是落后者,更不是后来者,丰田的新能源技术也是多元化发展,如燃料电池、固体电池、镍氢电池、锂电池、氟电池以及新能源汽车技术每个环节或零部件,都有争第一的实力,一个环节失败了另一个环节立马能弥补起所犯错误,这就是技术储备重要之处,更是丰田汽车可怕之处。

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