18650锂电池加工

从镍氢电池到锂离子电池、固态电池，还有丰田现已投放市场的Mirai搭载的氢燃料动力电池，丰田在“稳”的基础上测验更多的可能性。所以不管将来风吹向哪里，丰田都能赶上，乃至能凭技能带起一股风潮。

马斯克一贯对外界表明：固态电池并不是动力锂电池的将来，而氢燃料更是“蠢得令人难以置信”。

而丰田却坚持：我们不会抛弃氢电力燃料动力电池技能。

比较于马斯克的决绝，丰田在动力锂电池行业，仿佛更乐意测验多种可能。

从镍氢电池开端，丰田从上个世纪就开端布局电池事务。

丰田为何如此钟情于镍氢电池

可是有一个规则是，丰田一贯没抛弃镍氢电池。

一贯以混合动力技能见长的丰田，最早开端着手的是适用于油电混合车运用的镍氢电池。

第一代普锐斯，搭载的便是PEVE加工的圆柱形镍氢电池，产自日本爱知县的丰田厂里。

比及第二代普锐斯上市，圆柱电池就被换成了方形镍氢电池，丰田称是为了优化电池组内部空间，提升体系能量密度。

可是不管是圆柱还是方形，从1997年第一代普锐斯到如今的卡罗拉、凯美瑞，丰田都一贯这么钟情于镍氢电池。

为何呢？重要原由还是由于丰田独有的混动技能。

现在，丰田推出的车型中，重要车型为油电混合车。

关于油电混合车来说，电池最重要的工作不是续航路程，而是协作电机辅助发动机到达最佳状况，两者结合省油操控本钱才是关键。

油电混合车在工作进程中，发动机的用处是在高速状况下坚持平稳工作，而电动机工作时刻重要在启动阶段和低速行进阶段，此外电动机还会自动转化为发电机将车身工作所萌生的能量转化为电能储存在电池中。

这样一来，油电混合车在行进进程中能否更安全、快速充放电以及本钱预算才是丰田要考虑的工作。

首先从安全性来看，镍氢电池选用的是不可燃的水溶液，不会出现像锂离子电池那样析锂现象。

另一方面，镍氢电池的比热容、电解液蒸发相对较高、能量密度较低，即便产生短路、刺穿等极点状况，电池升温也不大会引起燃烧。

此外由于镍氢电池不含剧毒物质，重要成分为镍、稀土，收回起来比较安全，难度较小，收回再使用程度比较高。

本钱上来看，有报告显现，在2010年之前，镍氢电池每瓦时电池本钱几乎是与镍氢电池持平的。

所以在前期来看，运用镍氢电池相对来说本钱是比锂离子电池低的。

此外，由于混合动力体系在合理动力输出下，行进进程中一般用到的电池容量在10%左右，极点状况下最大用电量也只能到40%，所以电池剩下60%电量是用不到的。

这种“浅充电”的电池管理方式能极大延伸电池寿数，充放电循环次数可到10000次以上。所以在长期本钱操控上，镍氢电池相对来说很有长处。

此外，镍氢电池技能相对较成熟，产品质量操控难度低，良品率较高，本钱相对较低。

技能上来看，镍氢电池快速充放电才能及放电平稳的特性也适合混动动力车的工作形式。

有数据显现，在满电存放的状况下，镍氢电池每月电量会自行释放25%-35%，而锂离子电池每月自放电率惟有5%-9%。镍氢电池假设只在容量的40%-60%之间来进行，可以充放电上万次。一般锂离子电池充放周期在500次左右，镍氢电池大约两千次左右。

在无需考虑充电时刻的状况下，镍氢电池具备快速充放电和发热量小、放电平稳的特性比较适合混合动力体系的工作方式。

所以，一贯稳健的丰田挑选了更适合与其混动技能配套的镍氢电池。

可是，丰田并没有把整个生命线全放在镍氢电池上面，丰田在第四代普锐斯高配版及插电版搭载的便是锂离子电池。

为甚么转战锂离子电池

（1）镍氢电池被约束

既然镍氢电池能满意油电混动车的需求，为何丰田又开端研讨锂离子电池了呢？

有人说，当然是为了抢占纯电动市场，其实不然，由于2006年丰田还没公开说要布局纯电动汽车。

有一种说法是，被逼的。

2006年通用推出纯电动汽车EV1，可是市场表现不如RAV4，所以就将其持有的镍氢电池专利子公司Ovonics卖给美国石油巨头雪佛龙。随后，雪佛龙丰田、松下及PEVE专利。

最后，双方达成和解，但结果是丰田不能在纯电动汽车上运用镍氢电池。

所以假设丰田发展纯电动，就不能依靠镍氢电池了，这是一部分原由。

（2）镍氢电池本钱逐步走高

此外，2010年镍氢电池本钱开端高于锂离子电池。

本钱驱动也是丰田进行转型的一个关键因素，毕竟丰田一贯以为锂离子电池的高本钱是阻碍其技能市场化的重大因素，所以假设在锂离子电池技能上有冲破，丰田也算是完成另一个冲破了。

不过，转型的底气还是在其锂离子电池技能领域的沉淀和发展决心。

（3）锂离子电池技能的前期沉淀

丰田最开端研制锂离子电池技能，拉上了松下。

2008年，松下经过收买三洋电机，将其锂离子电池、镍氢电池、汽车导航等事务“松下化”，进一步新增了丰田和松下协作背景下在锂离子电池领域的技能储备。

同年下旬，丰田建立“电池研讨部”，专注于研制超越锂离子充电电池的新一代电池。

2009年，丰田汽车发言人PaulNolasco表明，公司与日本东北大学共同研制了一项能使锂离子电池能储存10倍于其时同类电池的电量的技能——单晶体锂钴氧化物的出产。运用单晶形状后，丰田可以减少石墨的运用量，萌生电流的锂离子有更大存储空间。

不过那个时分，丰田仍旧以为，其时锂离子电池含电量无法为全电力驱动体系的车辆供给足够的续航路程。

彼时，丰田现已开端对锂离子电池进行少量加工。

2010年，丰田章男投资5000万美元购入特斯拉3%股份，又以4200美元的价格把加州的MUMMT厂卖给特斯拉，协作目的便是为第二代RAV4EV开发锂离子电池体系。

2010年，丰田锂离子电池完成量产。

时隔6年，“东京第7届国际二次电池展”上，丰田展示了新款“普锐斯”选用的锂离子电池单元，由PEVE担任电池和模块制造，日本静冈县的大森厂部分加工线担任加工电池正极为三元系资料（镍、钴、锰）的锂离子电池，估计年产量可满意20万辆车运用。

该电池由2011年五月上市的“普锐斯α”选用的电池改进而来。经过削减电池单元的尺度，将电池包容积减小了6%。因电池单元小型化，载流量由原产品的5.0Ah减至3.3Ah。

2018年，PEVE宣告将兴修HEV用锂离子电池新厂房，方针在2020年上半年将年产量扩增至现行的3倍至60万台。

至此，在与各方的协作进程中，丰田有关锂离子电池的技能也有一定的沉淀。

（4）丰田针对锂离子现有问题作出的改进

丰田表明，要从2020年起陆续推出10款纯电动汽车型，到2025年要完成旗下一切车型都具有电动化版本。

可是，尽管锂离子电池技能在不断升级，可是锂离子电池安全性问题一贯饱受诟病。通常状况下，锂离子电解质溶液一般在80度以上就会分析萌生气体胀大，乃至导致爆破或火灾风险。

要完成纯电动汽车销量方针，丰田非得掌握更安全的技能。

所以，针对锂离子充放电进程中产生的锂离子偏移导致的实际可用容量变小问题。丰田发明了一种观测方法。

该方法使用同步附属的高强度X射线，完成每像素0.65微米的高区分率及每帧100毫秒的高速测量，可调查到锂离子运动状况。

由于X射线很难穿透重金属元素，所以当锂离子与其结合的时分，就可以经过调查重金属元素的运动来了解锂离子的运动。

经过这种方法，研制人员可以调查到正负极、隔膜、电解液资料与构造等不同所导致的锂离子运动，从而调查不同资料、工艺、方法对进步电池功能的用处，还可以分解电池功能下降的机理，为进步车辆续航及电池寿数做针对性研讨。

尽管不能笔直改18650锂电池加工企业生产的动锂离子偏移的问题，但至少丰田能了解锂离子运动的规则，这关于处理该类问题也是一个比较大的进步。

可是很多公司，测验把液体电解质改动成固态电解质来处理锂离子电池存在的问题，丰田也在此领域进行了测验。

由于在全固态电池中的固态电解质，即便在200度的状况下，也具有无法燃烧的阻燃性，并且可以接受80-150度高温的耐热性。

据日本NEDO研讨数据声明，现有的锂离子电池pack中电芯的体积比率大约为20%-50%，假设选用全固态电池，电池pack不要冷却体系，体积能减小一半左右。

此外，刨去排气和冷却体系，能减少部分本钱。

所以不管是从功能、安全和本钱上考虑，固态电池成了丰田另一个挑选。

丰田曾公开表明，计划在2020年前半阶段完成固态电池的商业化运用。现在丰田在固态电池领域的专利达252件，整个日本在该领域的专利占国际总量的75%。

另一种技能测验：固态电池

可是，前期研制的固态电池由于输出密度和能量密度都很低，远远没有到达商业化水平，而重要问题便是内部阻抗上升。

基于以上现实，丰田以为，形成内部阻抗上升重要有4个问题：

（1）正负极的正级活性资料与固体电解质界面会萌生电阻层；

（2）固体电解质层会变厚;

（3）正负极内的活性资料凝聚;

（4）构成正负极或者电解质的固体颗粒之间会构成空隙。

对此，丰田进行了下降全固态电池的电芯内阻技能的研制。

首先针对电阻层的问题，丰田的对策是对正极活性物质进行涂覆，构成一层保护罩戒备构成电阻层，可是为了更高的传导性，丰田将涂覆层操控在10nm左右。

而固体电解质层变厚，就会导致无法完成很多加工的循环。

重要是由于正极混合资料、固态电解质、负极混合资料分别在干粉状况下混合，被依次投入圆筒容器内，刺进作为集电器的不锈钢板，上下拧紧螺丝加压。在运作进程中，干粉会蓬松乱飞，无法高速工作。

针对此问题，丰田祛湿法提炼原资料。用枯燥的粉末在溶剂中涣散制备成浆料，将浆料涂布在箔材上然后进行枯燥，经过枯燥去溶剂分别构成正极，固体电解质和负极层。

这样的话正负极资料及固体电解质在各自构成的浆料中，混合粘接剂。颗粒间严密粘接的同时，粒子也被牢固地固定在箔材上，运送进程中不会产生难以循环加工的问题。

而此前提到的正负极活性物质凝聚，会形成活性物质外表积减小，而活性资料是经过外表触摸电解质颗粒或导电助剂来交换Li离子和电子，假设外表积减小，Li离子和电子导电性会下降。对此，丰田选用的方法是在浆料阶段就将活性物质进行均一涣散，戒备凝聚。

另一方面，正负极间空隙所形成的的问题则是由于Li离子和电子导电性下降，这方面经过电极的电极的细密化以及对电极的加压来完成。

基于以上技能，丰田将全固态电池的体积功率密度进步到了近2.5kW/L，体积能量密度进步到400wh/L，相当于2010年左右锂离子电池2倍的水平。

尽管在能量密度上，丰田现已走在前列，可是，一个无法忽视的问题是，丰田挑选的硫化物在制程进程中会因不妥操作萌生硫化氢，毒性高，并且容易爆破。

所以在安全方面，难以保证。

据此前NE年代从辉能科技了解到，丰田为了规避此类问题，挑选在硫化物里边参加部分氧化物，可是在量产上，现在商业化还有待考究。

可是在固态电池方面，丰田现已宣告计划在2020年东京奥运会上推出其搭载固态电池的纯电动演示车。

关于固态电池不同路线，丰田这样的走在前面的公司还在商业化阶段，完成产业化还要时刻。

不论是从镍氢电池到锂离子电池、固态电池，还是丰田现已投放市场的Mirai搭载的氢燃料动力电池，丰田在电池事务上的布局总体趋向于在“稳”的基础上测验更多的可能性。所以不管将来风吹向哪里，丰田都能赶上，乃至带起一股风潮。

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