內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展已超過(guò)百年，但也許在未來(lái)幾十年將逐漸退出歷史舞臺(tái)，再加上越來(lái)越嚴(yán)格的排放法規(guī)的約束，使得車企不得不開發(fā)出更多的電動(dòng)車產(chǎn)品。

面對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸讓位于電動(dòng)車產(chǎn)品，作為全球最大火花塞制造商之一的日本特殊陶業(yè)公司(NGK)也將關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)向電池方面。

利用火花塞陶瓷技術(shù)方面的專業(yè)知識(shí)，逐步擴(kuò)展到傳感器、半導(dǎo)體和其他主要用于汽車的產(chǎn)品

NGK選擇了固態(tài)電池作為公司未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)，認(rèn)為這種電池會(huì)在即將到來(lái)的電動(dòng)車時(shí)代成為至關(guān)重要的配件。

成立于1936年的NGK以制造火花塞起步，總部位于日本名古屋，利用火花塞陶瓷技術(shù)方面的專業(yè)知識(shí)，公司業(yè)務(wù)逐步擴(kuò)展到傳感器、半導(dǎo)體和其他主要用于汽車的產(chǎn)品。 NGK火花塞被多個(gè)F1車隊(duì)使用，包括法拉利、邁凱倫、索伯和紅牛第二車隊(duì);2007年至2011年，NGK是印地系列賽事的獨(dú)家火花塞供應(yīng)商。 除了火花塞、預(yù)熱塞及相關(guān)產(chǎn)品，公司以生物陶瓷為主的產(chǎn)品也已經(jīng)應(yīng)用到醫(yī)療、環(huán)境及能源等多個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。

日本特殊陶業(yè)公司(NGK)總部

“從傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車到電動(dòng)車的轉(zhuǎn)變是不可避免的，這最終會(huì)使我們的火花塞和氧氣感知器業(yè)務(wù)面臨被淘汰的命運(yùn)，但我們有著先進(jìn)的陶瓷技術(shù)，因此決定發(fā)展固態(tài)電池業(yè)務(wù)。”NGK技術(shù)開發(fā)本部部長(zhǎng)小島多喜男說(shuō)道。

事實(shí)上，NGK在2010年就意識(shí)到火花塞業(yè)務(wù)會(huì)面臨衰退，正是在那一年，日產(chǎn)推出了純電動(dòng)車聆風(fēng)，大洋彼岸的美國(guó)，特斯拉也推出了第一款量產(chǎn)電動(dòng)車Roadster。

NGK之所以選擇固態(tài)電池作為發(fā)展方向，是因?yàn)楣镜膶I(yè)人士相信這將比目前電動(dòng)車上使用的鋰離子電池更安全，性能也更強(qiáng)。 那么，陶瓷技術(shù)是如何與固態(tài)電池聯(lián)系起來(lái)的? 豐田正在開發(fā)的固態(tài)電池使用的是含硫化的固體電解質(zhì)，這種電解質(zhì)導(dǎo)電性好，也相對(duì)靈活，但在潮濕環(huán)境下會(huì)釋放有毒的硫化氫。

2016年，NGK曾展示芯片型陶瓷固態(tài)電池

NGK則使用陶瓷，并采用一種不同的、基于氧化物的化學(xué)技術(shù)，這種陶瓷在極端溫度下非常穩(wěn)定，但也有導(dǎo)電性較低和易碎、難加工的劣勢(shì)。 目前，同樣是來(lái)自于日本的TDK公司已經(jīng)開發(fā)出小型全陶瓷固態(tài)電池，并應(yīng)用到像個(gè)人健康監(jiān)控器這樣的可穿戴設(shè)備上，村田制作所(Murata)也正在開發(fā)類似的產(chǎn)品。 與上述企業(yè)不同，NGK的目標(biāo)更大，將重點(diǎn)放在可以應(yīng)用到汽車上的產(chǎn)品。但陶瓷固態(tài)電池因需要使用積層技術(shù)，意味著電池體積越大，在制造上的難度也越大。

NGK研發(fā)固態(tài)電池已有5年時(shí)間，并已經(jīng)開發(fā)出比TDK更大的電池，研發(fā)團(tuán)隊(duì)表示正在努力提高電池的能量密度，目標(biāo)是在2020年左右達(dá)到鋰離子電池的性能水平，在這之后，還將繼續(xù)開發(fā)更輕、價(jià)格更有競(jìng)爭(zhēng)力的電池產(chǎn)品。

業(yè)內(nèi)專家預(yù)計(jì)，到2030年，插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)車將占到全球汽車銷量的26%，國(guó)際能源署(International Energy Agency)的數(shù)據(jù)顯示，這一數(shù)字在2016年剛剛超過(guò)1%。 與液態(tài)鋰電池相比，界面阻抗過(guò)大以及實(shí)現(xiàn)快速充電比較難是固態(tài)電池的缺點(diǎn)，成本過(guò)高則是阻礙其商業(yè)化的關(guān)鍵因素。

“由于無(wú)法讓電池的每一個(gè)指標(biāo)都達(dá)到最優(yōu)秀水平，一些車企和電池生產(chǎn)商可能對(duì)導(dǎo)電性能比氧化穩(wěn)定性更感興趣，所以說(shuō)，最終的電池產(chǎn)品是妥協(xié)后的產(chǎn)物。”伊利諾斯州儲(chǔ)能科學(xué)阿貢中心主任、電池專家溫克特?斯里尼瓦森(Venkat Srinivasan)說(shuō)道。

貼士：固態(tài)電池的原理與液態(tài)鋰電池相同，但其電解質(zhì)為固態(tài)，不僅如此，固態(tài)電池中由于沒有電解液，安裝在汽車上不需要額外增加冷卻管、電子控件等，不僅節(jié)約了成本，還能有效減輕重量。 固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)還在于循環(huán)性能強(qiáng)，提升了電池使用壽命，安全性也更高，發(fā)生交通事故時(shí)不易爆炸或起火。不僅是NGK，其他車企與零部件制造商也在加緊調(diào)整自己的產(chǎn)品組合。

目前，豐田正在大力研發(fā)固態(tài)電池，并計(jì)劃于2020年初期實(shí)現(xiàn)該電池的商業(yè)化運(yùn)營(yíng);寶馬正在研發(fā)的固態(tài)電池的量產(chǎn)時(shí)間或?yàn)?026年;大眾則入股美國(guó)QuantumScape公司，共同研發(fā)新型固態(tài)鋰電池。 日本電裝公司與豐田、馬自達(dá)展開合作開發(fā)電動(dòng)車，愛信精機(jī)則在研發(fā)混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)以及電動(dòng)四驅(qū)裝置。

在美國(guó)，博格沃納已經(jīng)將業(yè)務(wù)擴(kuò)展到混合動(dòng)力和電動(dòng)車部件。今年9月，美國(guó)電池制造商A123 Systems投資了開發(fā)固態(tài)電池的Solid Power公司。

以吸塵器聞名的英國(guó)戴森公司也計(jì)劃2020年開始制造電動(dòng)車，并收購(gòu)了研究固態(tài)鋰電池技術(shù)的Sakti3，通用曾投資過(guò)此公司。 跑車品牌菲斯克(Fisker)已經(jīng)申請(qǐng)了柔性超高能量密度固態(tài)電池技術(shù)專利，有望在2023年開始大規(guī)模生產(chǎn)。

德國(guó)大陸集團(tuán)正在考慮加大對(duì)固態(tài)電池技術(shù)的投資，以此來(lái)加強(qiáng)自身在亞洲及美國(guó)地區(qū)的競(jìng)爭(zhēng)力。