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豐田全固態電池,量產節點已來?

2027-2030 年,成為全固態電池關鍵窗口期。

近日,出光興產固體電解質開發負責人中谷展人透露,出光興產計劃通過(2027~2028發布)豐田的新一代EV將全固態電池推向市場,并根據反饋,考慮正式量產的所需條件。

據了解,出光興產正通過小型測試設備證實全固態電池能夠在一定規模下生產,并根據測試結果開發量產技術。

中谷展人認為,全固態電池的量產難點在于將粉末狀材料均勻混合制作成產品。就量產而言,以數百噸規??焖倩旌喜牧系募夹g會起到關鍵作用。除了材料本身之外,生產設備也很重要。

他補充道,出光興產的優勢則在于離子導電性、耐水性以及材料柔性三者之間的良好平衡。

資料顯示,出光興產自1994年已成功開發硫化鋰量產技術,具備獨特的硫資源高效利用優勢,能從石油副產品中提取硫,解決硫處理問題;2001年,出光興產開始固態電解質的研究,并在2007年以后逐步增加相關專利申請數量,尤其自2014年以來增長迅速;2021年,出光興產噸級硫化物電解質小試工廠(1號工廠)投產運營,開始了小批量生產驗證。

在正極材料的布局上,2022年6月,出光興產還與優美科達成協議,雙方聯合開發用于固態電池的高性能正極材料,結合雙方在正極活性材料和固態電解質方面的專業知識,為延長汽車續航里程、推動電動汽車發展提供技術突破。

早在2013年,豐田就與出光興產聯合開發全固態電池,并在2023年深化了全固態電池供應鏈的合作,雙方宣布進行硫化鋰及硫化物固體電解質的材料開發、量產和供應鏈建設。

產能建設方面,今年2月,出光興產宣布將在千葉工廠建設全球領先的硫化鋰(Li(2)S)大規模生產設施,推動全固態鋰離子電池的材料量產。據出光興產表示,即將建造的設施的年產量約為1000噸,相當于5萬至6萬輛電動汽車的使用量。

該項目總投資約213億日元,其中71億日元獲得日本經濟產業省的補貼,項目預計于2027年6月完成。

今年4月,出光興產宣布其固態電解質的小型驗證設備第一工廠(位于千葉縣市原市公司千葉事業所內)的產能擴建工程已順利竣工,固態電解質的樣品生產能力由原先的年產數噸提升至十幾噸規模。

與此同時,出光興產2號小試工廠(2023年投產運營)也開啟同步擴建工作,并于2025年6月獲得日本經濟產業省“蓄電池供應保障計劃”認證。該項目計劃總投資約11億日元(政府補貼最高約6億日元),將2號工廠固態電解質的樣品年產能力提升至十數噸級。

為加速推進量產技術的研發,相關設備也得到增強。出光興產將進一步加快在下一階段大型中試設備上確立量產技術的技術驗證工作,旨在2027年至2028年實現全固態電池的實際應用,并最終達成固態電解質業務的商業化目標。

在今年6月的一次股東大會上,豐田副總裁中嶋在談及全固態電池的開發時,盡管公開承認全固態電池開發存在不確定性,豐田仍然在按2027年實現實用化的承諾在推進這項新技術。目前已決定在預定2027~2028年發布的新款EV上采用出光興產的固體電解質。

根據最新的計劃,豐田設置了2025-2030年幾個關鍵時間節點:

2025年:出光興產大型硫化鋰生產設施及固體電解質中試生產線竣工

2026年:下一代純電動汽車“性能版”電池開始量產

2027年:全固態電池商業化,開始搭載于部分車型(高端細分市場和商用車)

2030年:建成年產1000噸的硫化鋰生產體系,開始全面量產

01.    日本全固態電池的“錨定”由來已久

長期以來,日本政府和企業對固態電池領域的大量投入,使得日本在材料研發、電池設計、制造工藝等方面都取得了顯著的技術積累。

根據TrendForce集邦咨詢的統計數據,截止到2024年,日本在全球固態電池申請專利中的占比高達36%,中國和韓國分別為27%和18%。

政策方面,2018年,日本經濟產業省與日本新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)宣布啟動全固態電池的合作開發項目(SOLID-EV),該項目預計總投資100億日元(約合5.8億元人民幣),囊括了包括豐田、本田、日產和松下等在內的23家汽車、電池和材料企業,以及京都大學、日本理化學研究所等15家學術機構。

2022年,日本經濟產業省提出公共部門和私營部門需投資約3.4萬億日元(折合245.5億美元)建立強大的電池制造基地,以此來提升日本在電動汽車和能源存儲等領域的競爭力。

2024年,日本政府又宣布將為12個蓄電池或相關零部件/材料/生產設備項目提供支持,補貼總額高達3500億日元(約合人民幣174.4億元),用于投資開發固態電池和其他電動汽車技術,以增強該國動力電池產業鏈。補貼支持的項目涉及豐田、日產、松下等企業。

在全球市場中,日本主要集中于硫化物全固態電池的研發,其中豐田、本田、日產等車企具有強大的固態電池研發實力。

豐田采用硫化物電解質技術路線,在性能方面,基于研發或者中試階段的最新數據(與出光興產合作),豐田的固態電池只需10分鐘即可充電至80%。這種10C的充電速率,遠遠超過了目前的快充技術。此外,功率密度比之前的型號提高了約50%,耐用性顯著提高了2.5倍。豐田預計在2027-2028年實現全固態電池商用化。

本田投資SES AI聯合開發固態電池產品,并在2024年首次公開自研全固態電池面向量產化的示范生產線。該生產線位于日本栃木縣的本田技術研究所,主要將用于全固態電池量產工藝的技術驗證,同時還將確定電芯的基本規格。本田的全固態電池計劃在2020年代后半期在其電動汽車中采用的固態電池生產工藝。除了乘用車外,本田還計劃將固態電池拓展應用至卡車、摩托車甚至飛機等場景領域。

日產2018年開始研究固態電池,2022年取得初步成果。在技術路線上,日產同樣選擇的是硫化物路線,目標1000Wh/L。按照規劃,2024年8月中試線設備進行安裝,2025年3月橫濱工廠固態電池中試線將開始運營,2026年進行車輛測試,2028年在新款EV車型中搭載應用。

此前,日產歐洲產品規劃總監 Christop Ambland 表示:“我們確實計劃在2028年實現固態電池量產,但這個過程不能操之過急,必須確保技術成熟可靠,能夠達到用戶的期待。”

此外,日產汽車正在與美國宇航局(NASA)合作開發新型全固態電池,目標是2028年實現產品發布和試點工廠采用的電池。

從商業化的維度來看,豐田、本田、日產、日立等選擇了硫化物電解質的技術路線,壁壘優勢明顯。另外,富士電氣、小原股份選擇了氧化物電解質路線;松下和三洋則分別押寶了鹵化物和聚合物路線,發力全固態電池。

除了車企和材料企業之外,“學院派”的研究也有突破性進展。

今年3月,據日經中文網消息,日本京都大學和豐田等的研究團隊已將“全固態氟化物離子電池”用正極的單位體積容量提高至鋰離子電池的約3倍。嵌入電池之際的體積能量密度預計為鋰離子電池的2倍以上,這也意味著純電動汽車的續航里程有可能從目前的600公里左右增加到1200公里左右。力爭2035年以后在純電動汽車(EV)用途上實現實用化。

日本群馬大學與ADEKA聯合開發出下一代鋰硫二次電池(Li-SPAN電池),并宣稱其為“世界最輕”二次電池。通過融合群馬大學的纖維制造技術與ADEKA的硫改性聚丙烯腈(SPAN)纖維技術,該電池目前實現了810Wh/kg的能量密度,并完成了無人機飛行測試和電池安全試驗。該成果已發表于國際頂級學術期刊《Communications Engineering》。

02.    寫在最后

在電池材料和規格尚未確定的情況下,日本的固態電池戰局主要集中在硫化物上。以硫化物專利壁壘為基礎,通過政府資金與政策推動技術量產化,依托車企與材料企業的垂直整合構建產業鏈閉環。

然而,中韓歐美同樣不甘示弱。中國車企、電池/材料企業多路線并進,以半固態電池為先鋒破局更優解,快速迭代產品搶占市場份額,積累技術經驗,持續迭代推進全固態;韓國依靠本土三大動力電池企業LG新能源、SK On、三星SDI,以期實現固態電池的商業化;歐美車企與初創電池企業強強聯合,通過試驗車型的實際道路測試,推動固態電池從實驗室走向量產。

日本固態電池產業的優勢在于技術積累和專利壁壘,但成本高、產業化慢成短板,這將影響其在固態電池時代的全球競爭力。未來,日本能否在 2027-2030 年窗口期實現硫化物電池的規?;瘧茫瑢Q定其能否在新能源汽車產業變革中重新定義競爭規則。

來源:第一電動網

作者:NE時代

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