日本技術向全固態電池集結

2019/06/11


       圍繞被認為是純電動汽車(EV)和物聯網「IoT」普及關鍵要素的「全固態電池」,日本眾多廠商爭相進行研發。全固態電池的特點是不使用可燃液體,而是使用不易燃的固態電解質。這種電池安全且可以實現更大的能量輸出。著眼於2020年代中期的普及期,日本廠商向確立量産技術等課題而發起挑戰。

 

       「介紹一下具體情況」、「有宣傳手冊嗎」──2月底在東京舉辦的二次電池國際展會上,與會人員紛紛用英文和中文諮詢,大家的目光熱切關注著全固態電池的最新技術。 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

 

       「請勿拍照」,可能是擔心技術洩露等,日立造船的負責人在參會人員對該公司開始樣品供貨的全固態電池「AS-LiB」拍照時進行了阻止。據負責人員表示,該電池在100攝氏度以上的高溫下也能工作,「可以用於太空領域」。該公司將於2019年度內在大阪市設置生産設備。

 

       全固態電池的實用化預計最先從比純電動汽車更輕的電子設備和傳感器領域開始。FDK展示了類似半導體晶片的小型箱體,計劃最早於2020年度上市。

 

FDK開發的全固態電池

 

       全固態電池與市場上主流的「鋰離子電池」的原理基本相同,都是由鋰離子在電池內部的正極和負極之間遊走,進行充放電。

 

       二者的最大不同在於電極間的電解質是液體還是固態。鋰離子電池的液體電解質具有可燃性,破損後可能會起火。而全固態電池的固態電解質不用擔心洩漏。另外,採用固態電解質的話,鋰離子移動速度更快,可縮短充電時間。

 


       作為動力源,高性能鋰離子每千克的能量輸出功率為200~250千瓦時,而全固態電池是其2倍左右,可達到500千瓦時。鋰離子電池的離子會溶進電解液中,反覆充放電後,輸出功率會下降,而全固態電池的離子在遊走時不會溶出,因此壽命比鋰離子電池長。

 

 

       國際能源機構(IEA)的統計顯示,2017年在全球售出的100多萬輛純電動汽車與插電式混合動力車(PHEV)幾乎全都採用鋰離子電池。全固態電池將從2020年代中期開始逐步擴大應用,據富士經濟預測,到2035年市場規模將達到約2.8萬億日元,在2030年的3300億日元基礎上猛增。

 

       其背景是汽車廠商的研發熱潮。豐田汽車和松下最早將於2020年設立車載電池新公司。雙方將共享大容量鋰離子電池和全固態電池的相關經驗技術。

 

       對全固態電池的期待並不僅限於地球上。日本特殊陶業將向太空探測初創企業ispace提供自主研發的全固態電池,計劃通過該公司2021年前後發射的探測器運送到月球表面。

 

       構件研發競爭熱潮

 

       另一方面,在「全固態熱潮」的水面下,從事電解質、正極材料、負極材料等基礎構件業務的零件廠商也展開研發競爭。

 


       在固態電解質方面,三井金屬計劃研發以硫、鋰、磷等為原料的電解質。將分別研發獨自的燒結方法。據悉量産性能出色,力爭2025年前後投入實用。JX金屬也與東邦鈦(TOHO TITANIUM)聯手研發電解質。石油行業則有出光興産與汽車廠商等開展研發並已獲得專利,力爭在2020年代實現實用化。

 

       正極材料是用於釋放遊走于電池內的鋰離子的構件,多採用鈷等稀有金屬,日本一些企業在面向鋰離子電池的正極材料方面有著突出業績。

 

       住友金屬礦山在全固態電池上也將採用傳統的正極材料。住友化學則研發不使用稀有金屬的鎳錳類正極材料。

 

       負極材料是保持在電池內部移動後的鋰離子、形成「已充電狀態」的構件。負極材料的性能極大地關繫著電池容量。負極材料方面,GS YUASA採用金屬矽,研發了能量密度達到此前約3倍的産品。

 

       也有其他企業和三井金屬一樣,致力於從固態電解質到正極材料、負極材料的一條龍研發。

 

       有觀點認為日本企業已在全固態電池領域領先全球。日本新能源産業技術綜合開發機構(NEDO)發揮旗手作用,形成包括豐田、松下、旭化成和東麗等在內的研發框架。

 

       今後的課題是如何減少生産成本和確立量産體制。有些種類的固態電解質需要使用將粉末狀物質燒結到一起的設備。要想實現量産需要大型燒結設備,和需要在有機溶劑中使各種化學物質發生反應的鋰離子電池的電解液相比,需要更多的投資。

 

       當前還出現了輕量、大容量新型電池「空氣電池」的研發競爭等新潮流,在這一背景下,加緊實現全固態電池商用化的動向或將擴大。

 

       日本經濟新聞(中文版:日經中文網)矢野攝士

 

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