被逼的丰田如何选择电池？
从镍氢电池到锂离子电池、固态电池，以及丰田投放市场的Mirai搭载的氢燃料电池，丰田正在“稳定”的基础上尝试更多的可能性。 所以无论未来风向如何，丰田都可以凭借技术迎头赶上，甚至引领潮流。
马斯克一直在告诉外界，固态电池不是动力电池的未来，氢燃料“愚蠢得令人难以置信”。
但丰田坚称：我们不会放弃氢动力燃料电池技术。
相比马斯克的决心，丰田似乎更愿意在动力电池行业尝试多种可能。
以镍氢电池起家，丰田从上世纪开始就开始布局电池业务。
丰田为何如此青睐镍氢电池？
但有一条规定，丰田从未放弃镍氢电池。
一向以混合动力技术闻名的丰田，首先开始研究适用于油电混合动力汽车的镍氢电池。
第一代普锐斯采用的是 PEVE 在日本爱知县丰田工厂生产的圆柱形镍氢电池。
第二代普锐斯推出时，圆柱形电池被方形镍氢电池取代。 丰田表示，这是为了优化电池组的内部空间，提高系统的能量密度。
但无论是圆柱形还是方形，从1997年的第一代普锐斯到如今的卡罗拉、凯美瑞，丰田一直对镍氢电池如此钟情。
为什么？ 主要原因是因为丰田独特的混合动力技术。
目前，丰田推出的车型中，主要车型是油电混合动力汽车。
对于油电混合动力汽车来说，电池最重要的工作不是续航里程，而是配合电机协助发动机达到最佳状态。 将两者结合起来，节省燃油、控制成本是关键。
油电混合动力汽车在运行过程中，发动机的作用是维持高速时的平稳运转，而电动机的工作时间主要是在起步阶段和低速行驶阶段。 此外，电动机会自动转换为发电机，产生机体运行时产生的能量。 转换成电能并储存在电池中。
这样，丰田就需要考虑油电混合动力汽车能否在行驶过程中更安全、快速充放电以及成本预算。
首先，从安全角度考虑，镍氢电池采用不可燃的水溶液，不会像锂电池那样出现锂析出。
另一方面，镍氢电池比热容较高，电解液蒸发较高，能量密度较低。 即使出现短路、刺穿等极端情况，电池温度也不会引起燃烧。
另外，由于镍氢电池不含剧毒物质，且主要成分为镍和稀土，因此比较安全，回收难度较小，回收程度也比较高。
成本方面，报告显示，2010年之前，镍氢电池每瓦时的电池成本与镍氢电池几乎持平。
所以早期使用镍氢电池的成本相对来说比锂离子电池低。
另外，由于混合动力系统动力输出合理，行驶时一般使用的电池容量在10%左右。 极端情况下，最大功耗只能达到40%，因此剩余60%的电池电量无法使用。 到达的。
这种“浅充电”的电池管理方法可以大大延长电池的使用寿命，充放电循环次数可达10000次以上。 因此，从长期成本控制来看，镍氢电池具有相对优势。
此外，镍氢电池技术相对成熟，产品质量控制容易，良品率高，成本也相对较低。
从技术角度来看，镍氢电池的快速充放电能力和平稳放电特性也适合混合动力电动汽车的工作模式。
数据显示，充满电存放时，镍氢电池每月自放电率可达25%-35%，而锂离子电池每月自放电率仅为5%-9%。 如果镍氢电池仅使用其容量的40%至60%，则可以充放电数万次。 普通锂离子电池的充放电循环次数约为500次，镍氢电池的充放电循环次数约为2000次。
无需考虑充电时间，镍氢电池具有充放电快速、发热低、放电平稳等特点，更适合混合动力系统的工作模式。
因此，一向稳健的丰田选择了更适合其混合动力技术的镍氢电池。
不过，丰田并没有把全部生命线都放在镍氢电池上。 丰田在第四代普锐斯的高端版和插电式版本中使用锂离子电池。
为什么改用锂电池？
(1) 镍氢电池受到限制
既然镍氢电池可以满足油电混合动力汽车的需求，为什么丰田又开始研究锂电池呢？
有人说当然是为了抢占纯电动市场，但事实并非如此，因为2006年丰田还没有公开表示要布局纯电动汽车。
有一种说法是被迫的。
2006年，通用汽车推出纯电动汽车EV1，但市场表现不如RAV4，于是将其镍氢电池专利子公司出售给美国石油巨头雪佛龙。 随后，雪佛龙起诉丰田、松下和PEVE侵犯专利权。
最终双方达成和解，但结果是丰田不能在纯电动汽车中使用镍氢电池。
所以丰田如果开发纯电动汽车，就不能依赖镍氢电池。 这是部分原因。
（二）镍氢电池成本逐渐上升
此外，2010年镍氢电池的成本开始高于锂离子电池。
成本驱动也是丰田转型的关键因素。 毕竟，丰田一直认为，锂离子电池的高成本是阻碍其技术市场化的一大因素。 因此，如果锂离子电池技术有突破，丰田也将实现另一个突破。 。
但转型的基础在于其在锂离子电池技术领域的积累和发展决心。
（三）早期锂离子电池技术积累
丰田首先开发了锂电池技术，并拉拢了松下。
2008年，松下收购三洋电机，将其锂电池、镍氢电池、汽车导航等业务“松下化”，在丰田与松下合作的背景下，进一步增加了在锂电池领域的技术储备。
同年晚些时候，丰田成立了“电池研究部”，专注于开发锂离子充电电池之外的新一代电池。
2009年，丰田发言人表示，该公司与日本东北大学联合开发了一项能够使锂离子电池储存的电量是当时同类电池10倍的技术——单晶钴酸锂的加工。 通过使用单晶形式，丰田可以减少石墨的使用量，并为产生电流的锂离子提供更多的存储空间。
不过，当时丰田仍然认为，当时的锂离子电池的电量不足以为全电动驱动系统的车辆提供足够的续航里程。
当时，丰田已经开始小规模生产锂离子电池。
2010年，丰田章男出资5000万美元购买特斯拉3%的股份，并以4200美元将位于加州的MUMMT工厂出售给特斯拉。 此次合作的目的是为第二代RAV4 EV开发锂离子电池系统。 。
2010年，丰田实现了锂离子电池的量产。
时隔6年，在“第七届东京国际二次电池展览会”上，丰田展示了新款“普锐斯”所使用的锂离子电池单元。 PEVE负责电池和模组制造，日本静冈县大森工厂负责部分生产线。 公司生产以三元材料（镍、钴、锰）为电池正极的锂离子电池。 预计年产能可满足20万辆整车的需求。
该电池是对2011年5月上市的“普锐斯α”所使用的电池进行改进的。通过减小电池单元的尺寸，电池组体积减少了6%。 由于电池单元的小型化，载流量由原产品的5.0Ah降低至3.3Ah。
2018年，PEVE宣布将新建一座混合动力汽车锂离子电池工厂，目标是在2020年上半年将年产能扩大两倍至60万辆。
至此，在与各方合作的过程中，丰田在锂离子电池技术方面也积累了一定的积累。
（4）丰田针对锂离子现有问题的改进
丰田表示，从2020年开始将逐步推出10款纯电动车型，到2025年，旗下所有车型都将拥有电动化版本。
然而，尽管锂离子电池技术不断升级，但锂离子电池的安全性却饱受诟病。 一般情况下，锂离子电解液一般在80度以上会分解并产生气体膨胀，甚至可能导致爆炸或火灾危险。
为了实现其纯电动汽车销售目标，丰田必须掌握更安全的技术。
因此，由于锂离子充放电过程中发生的锂离子偏移，实际可用容量会减少。 丰田发明了一种观察方法。
该方法利用同步高强度X射线，实现每像素0.65微米的高分辨率和每帧100毫秒的高速测量，并且可以观察锂离子的运动状态。
由于X射线很难穿透重金属元素，因此当锂离子与其结合时，可以通过观察重金属元素的运动来了解锂离子的运动。
通过这种方法，研究人员可以观察正负极、隔膜、电解液的材料和结构差异引起的锂离子的运动，从而观察不同材料、工艺和方法对提高电池性能的影响，以及还可以分析电池性能。 减少的机理是进行有针对性的研究，以提高车辆的续航能力和电池寿命。
虽然不能直接改变锂离子偏移的问题，但至少丰田能够了解锂离子运动的规律，这也是解决此类问题的一个比较大的进步。
然而，许多公司正在尝试将液体电解质改为固体电解质，以解决锂电池的问题。 丰田也在这一领域进行了尝试。
因为全固态电池中的固体电解质具有阻燃性，即使在200度也不会燃烧，并且可以耐80-150度的耐热。
根据日本NEDO研究数据，现有锂离子电池组中电芯的体积比例约为20%-50%。 如果采用全固态电池，电池组不需要冷却系统，体积可以减少一半左右。
此外，取消排气和冷却系统还可以降低一些成本。
因此，无论是性能、安全性还是成本方面，固态电池都成为了丰田的另一个选择。
丰田曾公开表示，计划在2020年上半年实现固态电池的商业化应用。丰田目前在固态电池领域拥有252项专利，日本在该领域的专利占到了日本的75%。世界总数。
另一项技术尝试：固态电池
然而，早期开发的固态电池由于输出密度和能量密度较低，距离商业化水平还很远。 主要问题是内部阻抗的增加。
基于以上事实，丰田认为造成内阻抗增大的问题主要有四个：
(1)正负极的正极活性物质与固体电解质的界面会产生电阻层；
(2)固体电解质层会变厚；
(3)正负极活性物质团聚；
(4)构成正负极或电解质的固体颗粒之间会形成间隙。
对此，丰田进行了降低全固态电池电芯内阻的技术研发。
首先，关于电阻层的问题，丰田的解决方案是对正极活性物质进行涂覆，形成保护层，防止电阻层的形成。 不过，为了实现更高的导电率，丰田将涂层控制在10nm左右。
如果固体电解质层变厚，将无法完成批量生产周期。
主要原因是将正极混合材料、固体电解质、负极混合材料以干粉状态混合，依次放入圆筒容器中，插入作为集电体的不锈钢板，上下拧紧螺钉以施加压力。 运转时，干粉会变得蓬松并四处飞扬，无法高速运转。
为了解决这个问题，丰田采用石石法来提炼原材料。 将干燥的粉末分散在溶剂中以制备浆料。 将浆料涂覆在箔上，然后干燥。 通过干燥并除去溶剂形成正极、固体电解质和负极层。
在这种情况下，正极材料、负极材料以及固体电解质在它们各自的浆料中与粘合剂混合。 颗粒紧密结合的同时，颗粒也牢固地固定在箔片上，运输过程中不会出现回收生产困难的问题。
前面提到的正负极活性物质的团聚会导致活性物质的表面积减小，活性物质通过与电解质颗粒或导电添加剂的表面接触来交换Li离子和电子。 如果表面积减少，锂离子和电子就会导电。 性生活会减少。 对此，丰田采取的方法是在浆料阶段将活性物质均匀分散，防止聚集。
另一方面，正负极之间的间隙引起的问题是由于Li离子和电子的电导率降低。 这是通过使电极致密化并对电极加压来实现的。
基于上述技术，丰田将全固态电池的体积功率密度提高到近2.5kW/L，体积能量密度达到400wh/L，相当于2010年左右锂离子电池水平的两倍。
虽然丰田在能量密度方面已经走在前列，但一个不容忽视的问题是，丰田选用的硫化物在制造过程中因操作不当会产生硫化氢，其毒性较大，且容易爆炸。
因此，在安全性方面，很难保证。
据NE时报从汇能科技了解到，丰田选择在硫化物中添加一些氧化物，就是为了避免此类问题的发生。 但在量产方面，商业化仍需研究。
但在固态电池方面，丰田已经宣布计划在2020年东京奥运会上推出配备固态电池的纯电动演示车。
对于固态电池的不同路线，像丰田这样的龙头企业还处于商业化阶段，实现产业化还需要时间。
无论是从镍氢电池到锂离子电池、固态电池，还是丰田投放市场的Mirai搭载的氢燃料电池，丰田在电池业务的整体布局都倾向于尝试更多的可能性。一个“稳定”的基础。 。 所以无论未来风向如何，丰田都能迎头赶上，甚至掀起一股潮流。