堅守混動技術 23 年,豐田汽車為何對鋰電池避而遠之?

作者 | 發布日期 2020 年 08 月 25 日 8:00 | 分類 汽車科技 , 電動車 , 電池 Telegram share ! follow us in feedly


1,074.21 萬輛、36.75 萬輛,前者是豐田 2019 年總銷量數據,後者則是特斯拉 2019 年銷量數據。

兩者規模雖然相差甚遠,但這並不妨礙特斯拉市值成功超越豐田成為全球市值最高車企,超高市值是整個汽車行業對特斯拉發展純電動汽車模式的一種認可。

汽車產業已步入新能源時代,各家車企都在調整戰略研發新能源汽車。動力電池做為新能源汽車核心發展技術,三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池已經成為動力電池主流選擇。

當鋰電池成為行業主旋律之際,豐田玩了 23 年的混合動力技術依然在堅持採用鎳氫電池,銷量上的最大競爭對手德國福斯汽車也已經收購中國的國軒高科,全力布局鋰電池來迎合純電動汽車發展趨勢。

豐田為什麼不大面積使用鋰電池、豐田到底有沒有純電動汽車技術都是汽車市場關注的重點。

▲ 典型的混合動力系統配置。(Source:維基百科

豐田正在研發續航 1,000 公里氟離子電池

近日據外媒報導,豐田正在和京都大學(Kyoto University)研究人員聯合開發新一代新能源汽車動力電池技術,被曝光的不是主流鋰電池,而是新型氟離子電池。

據曝光的電池數據顯示,氟離子電池儲能量大約是傳統鋰離子電池的 7 倍,可以讓電動汽車一次充電行駛 1,000 公里。

豐田新型氟離子電池的工作原理是:透過氟離子導電電解質,將氟離子從一個電極轉移到另一個電極來發電,陽極或負電荷電極由氟、鈷、銅組成,陰極或正電荷電極主要由鑭組成,同時氟離子電池完全無需使用鋰做為原料。

通常鋰離子電池中使用的是液體電解質。豐田在研的這款氟離子電池則採用固體電解質,而固態電池最大的優勢是自燃率會大大降低。

不過,氟離子電池也面臨著不小的挑戰,就是電池在高溫工作中,只有固態電解質被充分加熱時才能導電,但這可能會導致電池電極膨脹。為解決電池膨脹問題,京都大學和豐田研究小組將用鈷、鎳和銅的合金製造電極。

當下幾乎所有新能源汽車企業和動力電池車企都在「押注」三元鋰電池或磷酸鐵鋰電池,而且這兩種電池也已成為行業主流選擇,隨著豐田氟離子電池研究計畫被披露,豐田又一次在鋰電池領域漸行漸遠。

新能源領域多元化發展

汽車電動化來臨之前,憑藉在新能源汽車方面的建樹,市場都預測豐田會是電動車領域絕對領軍者。

這樣的預測並非毫無道理,早在 1992 年 1 月,豐田對外宣布了「豐田地球環境憲章」,表示自己將會以新能源汽車方式來改變人類對於傳統汽油發動機的依賴,在新能源汽車領域豐田已經堅守了 23 年。

雖然說特斯拉推動了純電動汽車發展,但第一個真正將新能源汽車帶入消費者生活的,卻是豐田 Prius,從 1997 年第一代 Prius正式誕生至今,豐田系混動汽車銷量已經突破 1,000 萬。

豐田一直堅守混合動力汽車技術,這個觀點沒錯,只是錯誤判斷純電動汽車普及速度,引以為傲的混動技術並沒有成為主流,原因在文章後面會重點提及。

其一,在整個汽車行業逐漸走向電動化的趨勢下,豐田存有脫隊之嫌。不過需要明確一點的是,脫隊只限於市場純電動汽車市場保有量方面,在純電動汽車技術儲備方面並沒有脫隊之說,並且是多元化發展。

其二,電氣化之路豐田純電車型量產確實走的相對較慢,早期一直走的是混合動力路線。目前,豐田又一直專注於開發燃料電池汽車。但豐田並未放鬆對鋰離子電池領域研究,只是鋰電池的不穩定性讓豐田對其投放市場持保留的態度,畢竟 2009 年因「踏板門」事件在全球召回 850 萬輛汽車一度讓豐田面臨破產局面,對於汽車品質安全已經到了苛刻地步。

事實上,使用三元鋰電池車型頻發的自燃事件證明豐田的擔憂並非毫無道理,可能也正是這種穩健市場姿態造就了人們對豐田在鋰電池領域毫無建樹的錯誤觀念。

在燃料電池方面豐田的研發投入可以排到整個汽車行業前列,以氫燃料電池為例,相比目前主流動力電池,其環保性大於前者,理論上是當下最環保的電池種類(排放接近於零),同時也具有能量轉換效率高以及續航里程長等優點。但氫燃料電池面臨的最大挑戰是成本和基礎設施建設,運行成本也過於高昂,安全性沒有經過市場檢驗。

2014 年12 月15 日,豐田汽車在日本發表全球首款量產氫燃料電池汽車 Mirai,經過 6 年的發展,除在日本收到歡迎外,在其他主流市場 Mirai 均迴響平平。基礎設施嚴重限制了氫燃料電池發展,而建設這些設施需要政府力量,僅憑豐田個人行為恐難以完成。在氫燃料電池使用方面,實踐證明公共交通以及物流車型是其最佳載體,由於這些車型不受空間限制可以攜帶更大體積的氫燃料電池。未來氫燃料電池仍有其存在價值不會被淘汰,而且豐田的大手筆研究也並非毫無用處,技術也處於行業領先。

同時,鋰電池領域研究和使用豐田也要早於大多數車企,2008 年就設立了電池研究部,專注於鋰電池在內不同種類電池開發,並在同年與松下展開合作增加鋰電池技術儲備。2009 年第三代 Prius 上市使用的是鎳氫電池,不過豐田也藉助第三代 Prius 開始了鋰電池測試。2012 年第二代 RAV4 EV 版本採用的就是鋰電池組(來源於特斯拉)。鋰電池技術豐田不是空白,一直在積極投入研發,只是在沒有突破關鍵技術階段,由於鋰電池的不穩定因素,豐田迫於安全性沒有大面積投放市場。

從鎳氫電池到氫燃料電池、鋰電池以及最新氟離子固態電池,豐田在安全基礎上不斷嘗試新能源汽車多元化發展的可能性。所以無論汽車行業怎麼發展,豐田都能趕上,甚至能憑其技術帶起一股新的變革。

獨愛鎳氫電池

如果說氫燃料電池、鋰電池、氟離子固態電池只是技術儲備產品,那豐田唯一鍾愛的動力電池非鎳氫電池莫屬。

豐田已經用了 23 年的鎳氫電池,為何豐田獨愛它?

(Source:Hatsukari715 / Public domain)

這一點與豐田是日本企業不無關係,眾所周知日本自然資源較為匱乏,尤其是環保意識走在前列,而鎳氫電池的優勢在於回收降解相對鋰電池更為環保。

鎳氫電池的主要成分為:稀土、鎳,兩者都有較高的回收價值,採用水為電解質溶液則不容易污染環境,對環境十分友好。

其次,鎳氫電池安全性俱佳,由於鎳氫電池的電解液是水溶液,在發生短路等異常情況下也不容易燃燒。

儘管鎳氫電池儲能密度遜於鋰電池,但混動技術可以藉助發動機釋放能量,能量密度不是最重點考慮對象,並且鎳氫電池使用壽命也要優於鋰電池。由於研發和生產鎳氫電池產品已經超過 20 多年,品控、質量都已經得到很好控制。

美國《消費者報告》實驗中將一台開了 10 年 33 萬公里 Prius 和一台 10 年車齡僅開了 3,200 公里左右 Prius 進行對比,發現兩車的電池各項性能指標差距並不明顯,證明鎳氫電池的衰減性相比其他種類電池要低太多。

純電動汽車經過幾年的發展,以鋰電池為主的動力電池技術上已經處於瓶頸期。不可否認,純電動車技術並未完全成熟,動力電池技術還有很遠的路要走。預計在未成熟前,未來很長一段時間裡豐田還將繼續以鎳氫電池為主。

現階段如三元鋰電池自燃率或許比其他種類電池要高一些,但得益於密度高、儲能效果好、抗低溫等優勢,也不得不承認其也是純電動車市場最佳選擇。

豐田阻止純電汽車發展陽謀已失敗

純電汽車迅速成為市場主流選擇已經不可逆,研究了 20 多年被寄予厚望的混合動力已不能成為主流,且敗的如此迅速,豐田顯然不甘心,在去年其宣布將免費對外開放混合動力汽車技術專利。

為了這套動力系統打了無數官司的豐田為什麼突然大方免費開放技術專利?目的很簡單,減速純電動汽車發展,讓這套動力系統獲得更多的市占率,保住混動領域優勢,不甘心混動技術就此失去市場。

但一切都太晚,純電動汽車的發展已經停不下來,某種程度上這種局面也是豐田自己的錯誤判斷,早些年眾多車企都夢寐以求​​想得到這套動力系統,但豐田真的「太小氣」,對這套系統看得太重,如果有侵犯專利發生會馬上訴諸法律,除了「較真」的本田繞開了豐田專利發展了自己的混動技術,很多車企選擇繞開混合領域,直接發展 PHEV 插電式動力汽車和純電動汽車。

豐田的混合動力汽車技術全球最出色這點毋庸置疑,但混合動力汽車技術已經喪失市場優勢也是不爭事實。如果在 2014 年純電動汽車爆發初期開放技術專利,今天的新能源汽車歷史就有可能會被改寫,純電動汽車步伐或許也不會像如今這般速度發展。

混動豐田第一,但也僅限於同自己對比,免費開放技術專利,阻止純電汽車發展陽謀已失敗。

當然,混合動力技術一無是處論調,這個觀點顯然也是錯誤的,混動技術汽車本該是傳統汽車到純電動汽車中間最佳過渡產物,只是純電動發展速度快於預期,目前新能源汽車續航里程、充電問題、安全性沒有得到完全解決之前,很長一段時間內全球也有足夠的新能源市場容納下豐田混合動力汽車。

總結

動力電池發展到最後會不會出現多種不同種類電池,這點在新能源汽車普及的初期難以斷定,但肯定一點豐田獨愛 23 年的鎳氫電池不會成為主流,因為物理限制實在太高,豐田很難憑藉一己之力完成鎳氫電池物理上的突破。超級電池問世之前,動力電池市場主流選擇依然是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。

目前對超級動力電池還沒有明確定義,一旦最新氟離子電池突破續航和膨脹問題達到量產階段,豐田的氟離子電池技術就有可能定義超級電池。

儘管混動技術已經錯過最佳普及時機,但動力電池、新能源汽車領域技術儲備豐田不是落後者,更不是後來者,豐田的新能源技術也是多元化發展,如燃料電池、固體電池、鎳氫電池、鋰電池、氟電池以及新能源汽車技術每個環節或零部件,都有爭第一的實力,一個環節失敗了,另一個環節馬上能彌補所犯錯誤,這就是技術儲備重要之處,更是豐田汽車可怕之處。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:Flickr/Mike Mozart CC BY 2.0)