中國粉體網(wǎng)訊 目前，日本正以舉國之力推動(dòng)全固態(tài)電池商業(yè)化，包括設(shè)立官-產(chǎn)-學(xué)聯(lián)盟，豐田、本田、日產(chǎn)等既開展全固態(tài)電池研發(fā)，也從事整車生產(chǎn)，在電池與整車性能匹配方面較有優(yōu)勢。其中，豐田在全固態(tài)電池研究上時(shí)間較早積累較深，目前日產(chǎn)、本田也已發(fā)布了其試生產(chǎn)和產(chǎn)品上線的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。所以，日本的全固態(tài)電池研發(fā)已經(jīng)是全行業(yè)在行動(dòng)。
政策與投資支持
早在2018年，隸屬于日本政府經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）宣布，該國部分企業(yè)及學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)將在未來5年內(nèi)聯(lián)合研發(fā)下一代電動(dòng)車全固態(tài)鋰電池，力爭早日應(yīng)用于新能源汽車產(chǎn)業(yè)。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)總投資100億日元（約合5.8億元人民幣），豐田、本田、日產(chǎn)、松下等23家汽車、電池和材料企業(yè)，以及京都大學(xué)、日本理化學(xué)研究所等15家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)將共同參與研究，計(jì)劃到2022年全面掌握全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)。
2021年，NEDO與豐田汽車、松下能源等企業(yè)啟動(dòng)新一代高效電池“全固體電池”核心技術(shù)的開發(fā)，力爭通過全國力量推進(jìn)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)電池產(chǎn)業(yè)的趕超。與此同時(shí)，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省也提供了約1205億日元，支持日產(chǎn)汽車和本田汽車的高性能蓄電池及原材料的開發(fā)、再利用技術(shù)。
至2022年9月，日本電池產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略研究公私理事會(huì)又發(fā)布《電池產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》，提出到2030年建立150吉瓦時(shí)/年的國內(nèi)制造基地，全球生產(chǎn)能力達(dá)600吉瓦時(shí)/年，以提高日本電池產(chǎn)業(yè)競爭力，目標(biāo)是到2030年左右實(shí)現(xiàn)全固態(tài)鋰電池的正式商業(yè)化應(yīng)用。此外，隨著日本三井金屬年產(chǎn)十噸級(jí)的硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料生產(chǎn)線宣布建成，也為意圖大展拳腳的日本相關(guān)企業(yè)提供了穩(wěn)定的配套硫化物材料來源。
技術(shù)創(chuàng)新與突破
硫化物技術(shù)路線
日本企業(yè)致力于全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化落地，主攻硫化物技術(shù)路線。其看重的便是硫化物電解質(zhì)較高的電導(dǎo)率和出色的性能預(yù)期表現(xiàn)，并認(rèn)為這是最適合用于電動(dòng)汽車的固態(tài)電池技術(shù)路線，商業(yè)化前景足夠廣闊。盡管受制于全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的材料技術(shù)、制備技術(shù)不夠成熟、生產(chǎn)成本過高等主要局限，以及硫化物電解質(zhì)自身的界面穩(wěn)定性差等研究難題，但日本企業(yè)依托在固態(tài)電池的研發(fā)起步較早且在開發(fā)領(lǐng)域處于技術(shù)領(lǐng)先地位的客觀優(yōu)勢，還是讓豐田、日產(chǎn)、本田等日企依然錨定著這一技術(shù)路線。
硫化物類固態(tài)電解質(zhì)專利申請(qǐng)數(shù)居世界第2位的出光興產(chǎn)與豐田就全固態(tài)電池的量產(chǎn)開展合作。出光興產(chǎn)擁有多項(xiàng)以硫化鋰為原料的硫化物固態(tài)電解質(zhì)專利，擁有從煉油廠的副產(chǎn)物中獲得電解質(zhì)原料的訣竅，從原料到合成全面涉足電解質(zhì)業(yè)務(wù)，能夠降低成本。通過從材料到電池產(chǎn)品的一貫制開發(fā)提升速度。
2024年5月，Maxell官宣已經(jīng)將全固態(tài)電池工作溫度上限提升到150℃。2023年10月，Maxell開發(fā)出圓柱形全固態(tài)電池，容量達(dá)到200mAh，2024年1月可開啟樣品預(yù)定。資料顯示，Maxell專注硫化物路線，1960年成立為麥克賽爾電氣工業(yè)有限公司，創(chuàng)始產(chǎn)品為干電池，1964年更名為日立麥克賽爾株式會(huì)社。目前該公司在日本、美洲、歐洲、亞洲均有布局基地。
2024年2月份，媒體報(bào)道三井金屬計(jì)劃將日本全固態(tài)電解質(zhì)量產(chǎn)試驗(yàn)設(shè)施進(jìn)行第二次產(chǎn)能擴(kuò)建，提升兩倍。該公司主要為硫化物電解質(zhì)。該公司生產(chǎn)的“algyrodite 型硫化物固體電解質(zhì)”具有與液態(tài)電解質(zhì)相同的高水平鋰離子電導(dǎo)率，并且具有電化學(xué)穩(wěn)定性特點(diǎn)。該產(chǎn)品商標(biāo)被注冊(cè)為“A-SOLiD”。三井金屬目前將A-SOLiD定位為關(guān)鍵材料，并致力于其研究。
GS湯淺已經(jīng)開發(fā)出含氮硫化物固態(tài)電解質(zhì)（高離子電導(dǎo)率和防水性能的提升）。已和本田合作投資4341億日元在日本新建電池工廠，預(yù)計(jì)2027年投產(chǎn)。計(jì)劃在20年代后半段實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池應(yīng)用，從深海領(lǐng)域擴(kuò)展到電動(dòng)車領(lǐng)域。
AGC應(yīng)用其100多年在玻璃業(yè)務(wù)中積累的熔解技術(shù)，切入到硫化物固態(tài)電解質(zhì)市場。目前AGC掌握了熔解硫化鋰等原料、以較高的均勻性生產(chǎn)固態(tài)電解質(zhì)的自主技術(shù)。與以往的生產(chǎn)方式相比，化學(xué)反應(yīng)速度更快，生產(chǎn)時(shí)間降至10分之1以下。
氧化物技術(shù)路線
2024年6月，日本東京電氣化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社（TDK）宣布開發(fā)出氧化物全固態(tài)電池“CeraCharge”第二代，采用氧化物固體電解質(zhì)和鋰合金陽極，可實(shí)現(xiàn)750Wh/L體積能量密度，不封裝狀態(tài)下可達(dá)1000Wh/L，比第一代“CeraCharge”高100倍。TDK表示該產(chǎn)品可達(dá)1000次循環(huán)，預(yù)計(jì)將應(yīng)用小型消費(fèi)電子產(chǎn)品，如無線耳機(jī)、助聽器、智能手表等小型電子設(shè)備，以及環(huán)境傳感器和替代紐扣電池。樣品將于2025年開始問世，量產(chǎn)看客戶需求。
日本特殊陶業(yè)應(yīng)用長年累積的陶瓷技術(shù)，致力于氧化物系全固態(tài)電池的研發(fā)。于2017年開發(fā)出氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料。在2021年實(shí)施全球首個(gè)全固態(tài)電池的技術(shù)實(shí)證試驗(yàn)，力爭2030年實(shí)現(xiàn)EV用全固態(tài)電池的實(shí)際應(yīng)用。據(jù)媒體報(bào)道其開發(fā)制品的容量為0.5～10 Wh，尺寸則是30～110 mm，由于采用了鋰鑭鋯氧氧化物(Li7La3Zr2O12)作為固體電解質(zhì)，體積能量密度達(dá)到了300Wh/L，是氧化物系固態(tài)電池中高水準(zhǔn)之容量尺寸。此外，相對(duì)于鋰離子電池的使用溫度上限為60℃，新開發(fā)品可在–30～105℃的寬廣溫度范圍進(jìn)行使用。
量產(chǎn)與商業(yè)化
電動(dòng)車領(lǐng)域的應(yīng)用
2023年7月初，豐田汽車官方宣布在電池技術(shù)上取得重大突破，宣布將在2025年推出先進(jìn)固態(tài)電池，充電10分鐘可以實(shí)現(xiàn)續(xù)航1200公里，同時(shí)成本降低20%。豐田計(jì)劃于2027—2028年將其投入實(shí)際應(yīng)用，在BEV車型上搭載全固態(tài)電池。
日產(chǎn)汽車走高鎳+硫化物+鋰金屬路線，目標(biāo)1000Wh/L。按照規(guī)劃，2024年8月中試線設(shè)備進(jìn)行安裝，2025年3月橫濱工廠固態(tài)電池中試線將開始運(yùn)營，2026年進(jìn)行車輛測試，2028年在新款EV車型中搭載應(yīng)用全固態(tài)電池（ASSB）。據(jù)日產(chǎn)2030公開愿景發(fā)布會(huì)，至2028財(cái)年，全固態(tài)電池（ASSB）能夠?qū)㈦姵亟M的成本降至每千瓦時(shí)75美元，未來會(huì)將成本進(jìn)一步降低至每千瓦時(shí)65美元，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車型和燃油車型的成本平價(jià)。此外，日產(chǎn)還計(jì)劃將全固態(tài)電池的能量密度提高到目前Leaf所用鋰離子電池的兩倍，并將充電時(shí)間縮短到三分之一。
2020年，本田公司宣布開發(fā)出一種可在約10分鐘內(nèi)完成充電的高能量密度全固態(tài)電池。2022年，本田在美國建立首個(gè)電動(dòng)汽車工廠，并向栃木縣研究所投資430億日元，2024年春季投產(chǎn)全固態(tài)電池示范生產(chǎn)線。本田認(rèn)為2020年代后半期全球進(jìn)入純電動(dòng)車普及期，預(yù)計(jì)從2026年推出“Honda：e-Architecture” 純電動(dòng)汽車專用平臺(tái)，可以支持多種車型，包括緊湊型和大型車輛的電動(dòng)汽車，屆時(shí)將搭載全固態(tài)電池。
工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用
日本大型電池企業(yè)麥克賽爾（Maxell）預(yù)計(jì)最早將于2026年度開始量產(chǎn)用于工業(yè)設(shè)備的全固態(tài)電池。麥克賽爾社長中村啟次表示，“到2030年，我們將向全固態(tài)電池投資100億日元。目標(biāo)是僅全固態(tài)電池一項(xiàng)業(yè)務(wù)就實(shí)現(xiàn)300億日元的銷售額”。該公司意在通過專注于中小型產(chǎn)品并盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，來獲得一定份額。
芯片設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用
2024年，日本某造船業(yè)公司宣布，公司制造的全固態(tài)鋰電池獲芯片制造設(shè)備商采用，已從芯片設(shè)備商接獲全固態(tài)電池訂單，且期待今后將能持續(xù)獲得來自芯片設(shè)備商的訂單。該造船業(yè)公司表示，公司的全固態(tài)電池可在低溫及高溫環(huán)境或是真空下進(jìn)行充放電，目前主要出貨樣品給航天產(chǎn)品、芯片設(shè)備等用途使用。
航天領(lǐng)域的應(yīng)用
2022年，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)與日立造船實(shí)現(xiàn)了世界首次在太空中的全固態(tài)鋰離子電池充放電，采用的電池型號(hào)為AS-LiB（140mAh型）；2023年推出了第3款全固態(tài)電池試作品AS-LiB，容量為5000mAh，可以在低溫、高溫環(huán)境下或是真空中進(jìn)行充放電。固態(tài)電池的成品不僅可順利通過針刺實(shí)驗(yàn)，在溫度-40℃-120℃之間或真空環(huán)境下依然可穩(wěn)定運(yùn)行工作，據(jù)公開信息顯示，該產(chǎn)品已在與日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)以及NASA的合作中進(jìn)行了太空使用驗(yàn)證。
無人機(jī)、機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用
松下與豐田成立了一家固態(tài)電池企業(yè)Prime Planet Energy & Solutions Inc.，計(jì)劃2027年開始為豐田提供固態(tài)電池。按照松下的規(guī)劃，到2029年開始向市場推出可用于無人機(jī)、工廠機(jī)器人的全固態(tài)電池。松下在2023年9月公開過一款全固態(tài)電池，充電10%-80%只需要3分鐘，室溫下循環(huán)10000-100000次，預(yù)計(jì)20年代末商用，最有希望率先在無人機(jī)上應(yīng)用。
村田制作所(MURATA)在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，應(yīng)用氧化物全固態(tài)電池。從2020年年中開始，村田在位于滋賀縣的工廠開始小型高容量全固態(tài)電池的生產(chǎn)，規(guī)劃產(chǎn)量10萬個(gè)，規(guī)格2-25mAh，尺寸為長5-10mm，寬5-10mm，厚2-6mm，計(jì)劃將其用于助聽器、機(jī)器人等的位置控制設(shè)備以及在工廠中收集環(huán)境數(shù)據(jù)的IoT（物聯(lián)網(wǎng)）設(shè)備等。
日本電氣硝子早在2022年開發(fā)出了不使用稀有金屬的全固態(tài)電池，并規(guī)劃將在2025年前后面向電子設(shè)備和機(jī)器人等用途實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。2024年3月份，日本電氣硝子更新動(dòng)態(tài)，官宣將陸續(xù)開始針對(duì)全固態(tài)鈉離子二次電池樣品陸續(xù)出貨，為氧化物路線，3V/200mAh電池，可根據(jù)客戶提供更大容量的型號(hào)。
參考來源：日經(jīng)中文網(wǎng)、科情智庫、汽車縱橫、NE時(shí)代、知日社區(qū)、粉體大數(shù)據(jù)研究等。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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