日本眾多廠商爭(zhēng)相研發(fā)全固體電池

　　圍繞被認(rèn)為是純電動(dòng)汽車(chē)（EV）和物聯(lián)網(wǎng)“IoT”普及關(guān)鍵要素的“全固體電池”，日本眾多廠商爭(zhēng)相進(jìn)行研發(fā)。全固體電池的特點(diǎn)是不使用可燃液體，而是使用不易燃的固體電解質(zhì)。這種電池安全且可以實(shí)現(xiàn)更大的能量輸出。著眼于2020年代中期的普及期，日本廠商向確立量產(chǎn)技術(shù)等課題而發(fā)起挑戰(zhàn)。
　　
　　“介紹一下具體情況”、“有宣傳手冊(cè)嗎”――2月底在東京舉辦的二次電池國(guó)際展會(huì)上，與會(huì)人員紛紛用英文和中文咨詢(xún)，大家的目光熱切關(guān)注著全固體電池的最新技術(shù)。 其中，日立造船和富士通旗下的電子零件廠商FDK的展位前聚集了大量人員。
　　
　　耐熱且壽命長(zhǎng)
　　
　　“請(qǐng)勿拍照”，可能是擔(dān)心技術(shù)泄露等，日立造船的負(fù)責(zé)人在參會(huì)人員對(duì)該公司開(kāi)始樣品供貨的全固體電池“AS-LiB”拍照時(shí)進(jìn)行了阻止。據(jù)負(fù)責(zé)人員表示，該電池在100攝氏度以上的高溫下也能工作，“可以用于太空領(lǐng)域”。該公司將于2019年度內(nèi)在大阪市設(shè)置生產(chǎn)設(shè)備。

　　
FDK開(kāi)發(fā)的全固體電池

　　
　　全固體電池的實(shí)用化預(yù)計(jì)最先從比純電動(dòng)汽車(chē)更輕的電子設(shè)備和傳感器領(lǐng)域開(kāi)始。FDK展示了類(lèi)似半導(dǎo)體芯片的小型箱體，計(jì)劃最早于2020年度上市。
　　
　　全固體電池與市場(chǎng)上主流的“鋰離子電池”的原理基本相同，都是由鋰離子在電池內(nèi)部的正極和負(fù)極之間游走，進(jìn)行充放電。
　　
　　二者的最大不同在于電極間的電解質(zhì)是液體還是固體。鋰離子電池的液體電解質(zhì)具有可燃性，破損后可能會(huì)起火。而全固體電池的固體電解質(zhì)不用擔(dān)心泄漏。另外，采用固體電解質(zhì)的話，鋰離子移動(dòng)速度更快，可縮短充電時(shí)間。
　　
　　作為動(dòng)力源，高性能鋰離子每千克的能量輸出功率為200~250千瓦時(shí)，而全固體電池是其2倍左右，可達(dá)到500千瓦時(shí)。鋰離子電池的離子會(huì)溶進(jìn)電解液中，反復(fù)充放電后，輸出功率會(huì)下降，而全固體電池的離子在游走時(shí)不會(huì)溶出，因此壽命比鋰離子電池長(zhǎng)。
　　

　　國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（IEA）的統(tǒng)計(jì)顯示，2017年在全球售出的100多萬(wàn)輛純電動(dòng)汽車(chē)與插電式混合動(dòng)力車(chē)（PHEV）幾乎全都采用鋰離子電池。全固體電池將從2020年代中期開(kāi)始逐步擴(kuò)大應(yīng)用，據(jù)富士經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)，到2035年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到約2.8萬(wàn)億日元，在2030年的3300億日元基礎(chǔ)上猛增。
　　
　　其背景是汽車(chē)廠商的研發(fā)熱潮。豐田汽車(chē)和松下最早將于2020年設(shè)立車(chē)載電池新公司。雙方將共享大容量鋰離子電池和全固體電池的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)技術(shù)。
　　
　　對(duì)全固體電池的期待并不僅限于地球上。日本特殊陶業(yè)將向太空探測(cè)初創(chuàng)企業(yè)ispace提供自主研發(fā)的全固體電池，計(jì)劃通過(guò)該公司2021年前后發(fā)射的探測(cè)器運(yùn)送到月球表面。
　　
　　構(gòu)件研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)熱潮
　　
　　另一方面，在“全固體熱潮”的水面下，從事電解質(zhì)、正極材料、負(fù)極材料等基礎(chǔ)構(gòu)件業(yè)務(wù)的零件廠商也展開(kāi)研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)。
　　
　　在固體電解質(zhì)方面，三井金屬計(jì)劃研發(fā)以硫、鋰、磷等為原料的電解質(zhì)。將分別研發(fā)獨(dú)自的燒結(jié)方法。據(jù)悉量產(chǎn)性能出色，力爭(zhēng)2025年前后投入實(shí)用。JX金屬也與東邦鈦（TOHO TITANIUM）聯(lián)手研發(fā)電解質(zhì)。石油行業(yè)則有出光興產(chǎn)與汽車(chē)廠商等開(kāi)展研發(fā)并已獲得專(zhuān)利，力爭(zhēng)在2020年代實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。
　　
　　正極材料是用于釋放游走于電池內(nèi)的鋰離子的構(gòu)件，多采用鈷等稀有金屬，日本一些企業(yè)在面向鋰離子電池的正極材料方面有著突出業(yè)績(jī)。
　　
　　住友金屬礦山在全固體電池上也將采用傳統(tǒng)的正極材料。住友化學(xué)則研發(fā)不使用稀有金屬的鎳錳類(lèi)正極材料。
　　
　　負(fù)極材料是保持在電池內(nèi)部移動(dòng)后的鋰離子、形成“已充電狀態(tài)”的構(gòu)件。負(fù)極材料的性能極大地關(guān)系著電池容量。負(fù)極材料方面，GS YUASA采用金屬硅，研發(fā)了能量密度達(dá)到此前約3倍的產(chǎn)品。
　　
　　也有其他企業(yè)和三井金屬一樣，致力于從固體電解質(zhì)到正極材料、負(fù)極材料的一條龍研發(fā)。
　　
　　有觀點(diǎn)認(rèn)為日本企業(yè)已在全固體電池領(lǐng)域領(lǐng)先全球。日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）發(fā)揮旗手作用，形成包括豐田、松下、旭化成和東麗等在內(nèi)的研發(fā)框架。
　　
　　今后的課題是如何減少生產(chǎn)成本和確立量產(chǎn)體制。有些種類(lèi)的固體電解質(zhì)需要使用將粉末狀物質(zhì)燒結(jié)到一起的設(shè)備。要想實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)需要大型燒結(jié)設(shè)備，和需要在有機(jī)溶劑中使各種化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的鋰離子電池的電解液相比，需要更多的投資。
　　
　　當(dāng)前還出現(xiàn)了輕量、大容量新型電池“空氣電池”的研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)等新潮流，在這一背景下，加緊實(shí)現(xiàn)全固體電池商用化的動(dòng)向或?qū)�擴(kuò)大。