（1）鎳氫電池被限制

既然鎳氫電池能滿足油電混動(dòng)車(chē)的需求，為什么豐田又開(kāi)始研究鋰電池了呢？

有人說(shuō)，當(dāng)然是為了搶占純電動(dòng)市場(chǎng)，其實(shí)不然，因?yàn)?006年豐田還沒(méi)公開(kāi)說(shuō)要布局純電動(dòng)車(chē)。

有一種說(shuō)法是，被逼的。

2006年通用推出純電動(dòng)汽車(chē)EV1，但是市場(chǎng)表現(xiàn)不如RAV4，所以就將其持有的鎳氫電池專(zhuān)利子公司Ovonics賣(mài)給美國(guó)石油巨頭雪佛龍。隨后，雪佛龍起訴豐田、松下及PEVE侵犯專(zhuān)利訴訟。

最后，雙方達(dá)成和解，但結(jié)果是豐田不能在純電動(dòng)車(chē)上使用鎳氫電池。

所以如果豐田發(fā)展純電動(dòng)，就不能依靠鎳氫電池了，這是一部分原因。

（2）鎳氫電池成本逐漸走高

此外，2010年鎳氫電池成本開(kāi)始高于鋰離子電池。

成本驅(qū)動(dòng)也是豐田進(jìn)行轉(zhuǎn)型的一個(gè)關(guān)鍵因素，畢竟豐田一直認(rèn)為鋰離子電池的高成本是阻礙其技術(shù)市場(chǎng)化的重大因素，所以如果在鋰離子電池技術(shù)上有突破，豐田也算是實(shí)現(xiàn)另一個(gè)突破了。

不過(guò)，轉(zhuǎn)型的底氣還是在其鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域的積淀和發(fā)展決心。

（3）鋰離子電池技術(shù)的前期積淀

豐田最開(kāi)始研發(fā)鋰電池技術(shù)，拉上了松下。

2008年，松下通過(guò)收購(gòu)三洋電機(jī)，將其鋰電池、鎳氫電池、汽車(chē)導(dǎo)航等業(yè)務(wù) “松下化”，進(jìn)一步增加了豐田和松下合作背景下在鋰電池領(lǐng)域的技術(shù)儲(chǔ)備。

同年下旬，豐田設(shè)立“電池研究部”，專(zhuān)注于研發(fā)超越鋰離子充電電池的新一代電池。

2009年，豐田汽車(chē)發(fā)言人PaulNolasco表示，公司與日本東北大學(xué)共同研發(fā)了一項(xiàng)能使鋰離子電池能儲(chǔ)存10倍于當(dāng)時(shí)同類(lèi)電池的電量的技術(shù)——單晶體鋰鈷氧化物的加工。使用單晶形態(tài)后，豐田可以減少石墨的使用量，產(chǎn)生電流的鋰離子有更大存儲(chǔ)空間。

不過(guò)那個(gè)時(shí)候，豐田依舊認(rèn)為，當(dāng)時(shí)鋰離子電池含電量無(wú)法為全電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的車(chē)輛提供足夠的續(xù)航里程。

彼時(shí)，豐田已經(jīng)開(kāi)始對(duì)鋰離子電池進(jìn)行少量生產(chǎn)。

2010年，豐田章男投資5000萬(wàn)美元購(gòu)入特斯拉3%股份，又以4200美元的價(jià)格把加州的MUMMT工廠賣(mài)給特斯拉，合作目的就是為第二代RAV4 EV開(kāi)發(fā)鋰離子電池系統(tǒng)。

2010年，豐田鋰離子電池實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

時(shí)隔6年， “東京第7屆國(guó)際二次電池展”上，豐田展示了新款“普銳斯”采用的鋰離子電池單元，由PEVE負(fù)責(zé)電池和模塊制造，日本靜岡縣的大森工廠部分生產(chǎn)線負(fù)責(zé)生產(chǎn)電池正極為三元系材料（鎳、鈷、錳）的鋰離子電池，預(yù)計(jì)年產(chǎn)能可滿足20萬(wàn)輛車(chē)使用。

該電池由2011年5月上市的“普銳斯α”采用的電池改進(jìn)而來(lái)。通過(guò)削減電池單元的尺寸，將電池組容積減小了6%。因電池單元小型化，載流量由原產(chǎn)品的5.0Ah減至3.3Ah。

2018年，PEVE宣布將興建HEV用鋰離子電池新廠房，目標(biāo)在2020年上半年將年產(chǎn)能擴(kuò)增至現(xiàn)行的3倍至60萬(wàn)臺(tái)。

至此，在與各方的合作過(guò)程中，豐田關(guān)于鋰離子電池的技術(shù)也有一定的積淀。

（4）豐田針對(duì)鋰離子現(xiàn)有問(wèn)題作出的改善

豐田表示，要從2020年起陸續(xù)推出10款純電動(dòng)車(chē)型，到2025年要實(shí)現(xiàn)旗下所有車(chē)型都擁有電動(dòng)化版本。

但是，盡管鋰離子電池技術(shù)在不斷升級(jí)，但是鋰離子電池安全性問(wèn)題一直飽受詬病。通常情況下，鋰離子電解質(zhì)溶液一般在80度以上就會(huì)分解產(chǎn)生氣體膨脹，甚至導(dǎo)致爆炸或火災(zāi)危險(xiǎn)。

要實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量目標(biāo)，豐田必須掌握更安全的技術(shù)。

所以，針對(duì)鋰離子充放電過(guò)程中發(fā)生的鋰離子偏移導(dǎo)致的實(shí)際可用容量變小問(wèn)題。豐田發(fā)明了一種觀測(cè)方法。

該方法利用同步附屬的高強(qiáng)度X射線，實(shí)現(xiàn)每像素0.65微米的高分辨率及每幀100毫秒的高速測(cè)量，可觀察到鋰離子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

由于X射線很難穿透重金屬元素，所以當(dāng)鋰離子與其結(jié)合的時(shí)候，就可以通過(guò)觀察重金屬元素的運(yùn)動(dòng)來(lái)了解鋰離子的運(yùn)動(dòng)。

通過(guò)這種方法，研發(fā)人員可以觀察到正負(fù)極、隔膜、電解液材料與構(gòu)造等不同所導(dǎo)致的鋰離子運(yùn)動(dòng)，從而觀察不同材料、工藝、方法對(duì)提高電池性能的作用，還可以分析電池性能降低的機(jī)理，為提高車(chē)輛續(xù)航及電池壽命做針對(duì)性研究。

雖然不能直接改變鋰離子偏移的問(wèn)題，但至少豐田能了解鋰離子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，這對(duì)于解決該類(lèi)問(wèn)題也是一個(gè)比較大的進(jìn)步。

但是很多企業(yè)，嘗試把液體電解質(zhì)改變成固態(tài)電解質(zhì)來(lái)解決鋰電池存在的問(wèn)題，豐田也在此領(lǐng)域進(jìn)行了嘗試。

因?yàn)樵谌�固態(tài)電池中的固態(tài)電解質(zhì)，即使在200度的情況下，也具有無(wú)法燃燒的阻燃性，并且可以承受80-150度高溫的耐熱性。

據(jù)日本NEDO研究數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)有的鋰離子電池pack中電芯的體積比率大概為20%-50%，如果采用全固態(tài)電池，電池pack不需要冷卻系統(tǒng)，體積能減小一半左右。

此外，刨去排氣和冷卻系統(tǒng)，能減少部分成本。

所以無(wú)論是從性能、安全和成本上考慮，固態(tài)電池成了豐田另一個(gè)選擇。

豐田曾公開(kāi)表示，計(jì)劃在2020年前半階段實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的商業(yè)化應(yīng)用。目前豐田在固態(tài)電池領(lǐng)域的專(zhuān)利達(dá)252件，整個(gè)日本在該領(lǐng)域的專(zhuān)利占世界總量的75%。

另一種技術(shù)嘗試：固態(tài)電池

但是，早期研發(fā)的固態(tài)電池由于輸出密度和能量密度都很低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到商業(yè)化水平，而主要問(wèn)題就是內(nèi)部阻抗上升。

基于以上事實(shí)，豐田認(rèn)為，造成內(nèi)部阻抗上升主要有4個(gè)問(wèn)題：

（1）正負(fù)極的正級(jí)活性材料與固體電解質(zhì)界面會(huì)產(chǎn)生電阻層；

（2）固體電解質(zhì)層會(huì)變厚;

（3）正負(fù)極內(nèi)的活性材料凝集;

（4）構(gòu)成正負(fù)極或者電解質(zhì)的固體顆粒之間會(huì)形成空隙。

對(duì)此，豐田進(jìn)行了降低全固態(tài)電池的電芯內(nèi)阻技術(shù)的研發(fā)。

首先針對(duì)電阻層的問(wèn)題，豐田的對(duì)策是對(duì)正極活性物質(zhì)進(jìn)行涂覆，形成一層保護(hù)罩防止形成電阻層，但是為了更高的傳導(dǎo)性，豐田將涂覆層控制在10nm左右。

而固體電解質(zhì)層變厚，就會(huì)導(dǎo)致無(wú)法完成大量生產(chǎn)的循環(huán)。

主要是因?yàn)檎龢O混合材料、固態(tài)電解質(zhì)、負(fù)極混合材料分別在干粉狀態(tài)下混合，被依次投入圓筒容器內(nèi)，插入作為集電器的不銹鋼板，上下擰緊螺絲加壓。在運(yùn)作過(guò)程中，干粉會(huì)蓬松亂飛，無(wú)法高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

針對(duì)此問(wèn)題，豐田祛濕法提煉原材料。用干燥的粉末在溶劑中分散制備成漿料，將漿料涂布在箔材上然后進(jìn)行干燥，通過(guò)干燥去溶劑分別形成正極，固體電解質(zhì)和負(fù)極層。

這樣的話正負(fù)極材料及固體電解質(zhì)在各自形成的漿料中，混合粘接劑。顆粒間緊密粘接的同時(shí)，粒子也被牢固地固定在箔材上，運(yùn)輸過(guò)程中不會(huì)發(fā)生難以循環(huán)生產(chǎn)的問(wèn)題。

而此前提到的正負(fù)極活性物質(zhì)凝集，會(huì)造成活性物質(zhì)表面積減小，而活性材料是通過(guò)表面接觸電解質(zhì)顆�；�?qū)щ娭鷦﹣?lái)交換Li離子和電子，如果表面積減小，Li離子和電子導(dǎo)電性會(huì)降低。對(duì)此，豐田采用的方法是在漿料階段就將活性物質(zhì)進(jìn)行均一分散，防止凝集。

另一方面，正負(fù)極間空隙所造成的的問(wèn)題則是因?yàn)長(zhǎng)i離子和電子導(dǎo)電性降低，這方面通過(guò)電極的電極的致密化以及對(duì)電極的加壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。

基于以上技術(shù)，豐田將全固態(tài)電池的體積功率密度提高到了近2.5kW/L，體積能量密度提高到400wh/L，相當(dāng)于2010年左右鋰離子電池2倍的水平。

雖然在能量密度上，豐田已經(jīng)走在前列，但是，一個(gè)無(wú)法忽視的問(wèn)題是，豐田選擇的硫化物在制程過(guò)程中會(huì)因不當(dāng)操作產(chǎn)生硫化氫，毒性高，并且容易爆炸。

所以在安全方面，難以保證。

據(jù)此前NE時(shí)代從輝能科技了解到，豐田為了規(guī)避此類(lèi)問(wèn)題，選擇在硫化物里面加入部分氧化物，但是在量產(chǎn)上，目前商業(yè)化還有待考究。

但是在固態(tài)電池方面，豐田已經(jīng)宣布計(jì)劃在2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)上推出其搭載固態(tài)電池的純電動(dòng)示范車(chē)。

對(duì)于固態(tài)電池不同路線，豐田這樣的走在前面的企業(yè)還在商業(yè)化階段，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需要時(shí)間。

不論是從鎳氫電池到鋰離子電池、固態(tài)電池，還是豐田已經(jīng)投放市場(chǎng)的Mirai搭載的氫燃料電池，豐田在電池業(yè)務(wù)上的布局總體趨向于在“穩(wěn)”的基礎(chǔ)上嘗試更多的可能性。所以無(wú)論未來(lái)風(fēng)吹向哪里，豐田都能趕上，甚至帶起一股風(fēng)潮。