中國粉體網訊 目前，日本正以舉國之力推動全固態(tài)電池商業(yè)化，包括設立官-產-學聯盟，豐田、本田、日產等既開展全固態(tài)電池研發(fā)，也從事整車生產，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)電池研究上時間較早積累較深，目前日產、本田也已發(fā)布了其試生產和產品上線的時間節(jié)點。所以，日本的全固態(tài)電池研發(fā)已經是全行業(yè)在行動。
政策與投資支持
早在2018年，隸屬于日本政府經濟產業(yè)省的日本新能源產業(yè)技術綜合開發(fā)機構（NEDO）宣布，該國部分企業(yè)及學術機構將在未來5年內聯合研發(fā)下一代電動車全固態(tài)鋰電池，力爭早日應用于新能源汽車產業(yè)。該項目預計總投資100億日元（約合5.8億元人民幣），豐田、本田、日產、松下等23家汽車、電池和材料企業(yè)，以及京都大學、日本理化學研究所等15家學術機構將共同參與研究，計劃到2022年全面掌握全固態(tài)電池相關技術。
2021年，NEDO與豐田汽車、松下能源等企業(yè)啟動新一代高效電池“全固體電池”核心技術的開發(fā)，力爭通過全國力量推進研發(fā)，實現電池產業(yè)的趕超。與此同時，經濟產業(yè)省也提供了約1205億日元，支持日產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。
至2022年9月，日本電池產業(yè)戰(zhàn)略研究公私理事會又發(fā)布《電池產業(yè)戰(zhàn)略》，提出到2030年建立150吉瓦時/年的國內制造基地，全球生產能力達600吉瓦時/年，以提高日本電池產業(yè)競爭力，目標是到2030年左右實現全固態(tài)鋰電池的正式商業(yè)化應用。此外，隨著日本三井金屬年產十噸級的硫化物固態(tài)電解質材料生產線宣布建成，也為意圖大展拳腳的日本相關企業(yè)提供了穩(wěn)定的配套硫化物材料來源。
技術創(chuàng)新與突破
硫化物技術路線
日本企業(yè)致力于全固態(tài)電池的產業(yè)化落地，主攻硫化物技術路線。其看重的便是硫化物電解質較高的電導率和出色的性能預期表現，并認為這是最適合用于電動汽車的固態(tài)電池技術路線，商業(yè)化前景足夠廣闊。盡管受制于全固態(tài)電池產業(yè)化的材料技術、制備技術不夠成熟、生產成本過高等主要局限，以及硫化物電解質自身的界面穩(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)領域處于技術領先地位的客觀優(yōu)勢，還是讓豐田、日產、本田等日企依然錨定著這一技術路線。
硫化物類固態(tài)電解質專利申請數居世界第2位的出光興產與豐田就全固態(tài)電池的量產開展合作。出光興產擁有多項以硫化鋰為原料的硫化物固態(tài)電解質專利，擁有從煉油廠的副產物中獲得電解質原料的訣竅，從原料到合成全面涉足電解質業(yè)務，能夠降低成本。通過從材料到電池產品的一貫制開發(fā)提升速度。
2024年5月，Maxell官宣已經將全固態(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，容量達到200mAh，2024年1月可開啟樣品預定。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)始產品為干電池，1964年更名為日立麥克賽爾株式會社。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，媒體報道三井金屬計劃將日本全固態(tài)電解質量產試驗設施進行第二次產能擴建，提升兩倍。該公司主要為硫化物電解質。該公司生產的“algyrodite 型硫化物固體電解質”具有與液態(tài)電解質相同的高水平鋰離子電導率，并且具有電化學穩(wěn)定性特點。該產品商標被注冊為“A-SOLiD”。三井金屬目前將A-SOLiD定位為關鍵材料，并致力于其研究。
GS湯淺已經開發(fā)出含氮硫化物固態(tài)電解質（高離子電導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，預計2027年投產。計劃在20年代后半段實現全固態(tài)電池應用，從深海領域擴展到電動車領域。
AGC應用其100多年在玻璃業(yè)務中積累的熔解技術，切入到硫化物固態(tài)電解質市場。目前AGC掌握了熔解硫化鋰等原料、以較高的均勻性生產固態(tài)電解質的自主技術。與以往的生產方式相比，化學反應速度更快，生產時間降至10分之1以下。
氧化物技術路線
2024年6月，日本東京電氣化學工業(yè)株式會社（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和鋰合金陽極，可實現750Wh/L體積能量密度，不封裝狀態(tài)下可達1000Wh/L，比第一代“CeraCharge”高100倍。TDK表示該產品可達1000次循環(huán)，預計將應用小型消費電子產品，如無線耳機、助聽器、智能手表等小型電子設備，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，量產看客戶需求。
日本特殊陶業(yè)應用長年累積的陶瓷技術，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)電解質材料。在2021年實施全球首個全固態(tài)電池的技術實證試驗，力爭2030年實現EV用全固態(tài)電池的實際應用。據媒體報道其開發(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，體積能量密度達到了300Wh/L，是氧化物系固態(tài)電池中高水準之容量尺寸。此外，相對于鋰離子電池的使用溫度上限為60℃，新開發(fā)品可在–30～105℃的寬廣溫度范圍進行使用。
量產與商業(yè)化
電動車領域的應用
2023年7月初，豐田汽車官方宣布在電池技術上取得重大突破，宣布將在2025年推出先進固態(tài)電池，充電10分鐘可以實現續(xù)航1200公里，同時成本降低20%。豐田計劃于2027—2028年將其投入實際應用，在BEV車型上搭載全固態(tài)電池。
日產汽車走高鎳+硫化物+鋰金屬路線，目標1000Wh/L。按照規(guī)劃，2024年8月中試線設備進行安裝，2025年3月橫濱工廠固態(tài)電池中試線將開始運營，2026年進行車輛測試，2028年在新款EV車型中搭載應用全固態(tài)電池（ASSB）。據日產2030公開愿景發(fā)布會，至2028財年，全固態(tài)電池（ASSB）能夠將電池組的成本降至每千瓦時75美元，未來會將成本進一步降低至每千瓦時65美元，以實現電動車型和燃油車型的成本平價。此外，日產還計劃將全固態(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電動汽車工廠，并向栃木縣研究所投資430億日元，2024年春季投產全固態(tài)電池示范生產線。本田認為2020年代后半期全球進入純電動車普及期，預計從2026年推出“Honda：e-Architecture” 純電動汽車專用平臺，可以支持多種車型，包括緊湊型和大型車輛的電動汽車，屆時將搭載全固態(tài)電池。
工業(yè)設備領域的應用
日本大型電池企業(yè)麥克賽爾（Maxell）預計最早將于2026年度開始量產用于工業(yè)設備的全固態(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。目標是僅全固態(tài)電池一項業(yè)務就實現300億日元的銷售額”。該公司意在通過專注于中小型產品并盡快實現產品化，來獲得一定份額。
芯片設備領域的應用
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備商采用，已從芯片設備商接獲全固態(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)境或是真空下進行充放電，目前主要出貨樣品給航天產品、芯片設備等用途使用。
航天領域的應用
2022年，日本宇宙航空研究開發(fā)機構(JAXA)與日立造船實現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)境下或是真空中進行充放電。固態(tài)電池的成品不僅可順利通過針刺實驗，在溫度-40℃-120℃之間或真空環(huán)境下依然可穩(wěn)定運行工作，據公開信息顯示，該產品已在與日本宇宙航空研究開發(fā)機構以及NASA的合作中進行了太空使用驗證。
無人機、機器人領域的應用
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、工廠機器人的全固態(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，預計20年代末商用，最有希望率先在無人機上應用。
村田制作所(MURATA)在物聯網設備和可穿戴設備領域，應用氧化物全固態(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，規(guī)劃產量10萬個，規(guī)格2-25mAh，尺寸為長5-10mm，寬5-10mm，厚2-6mm，計劃將其用于助聽器、機器人等的位置控制設備以及在工廠中收集環(huán)境數據的IoT（物聯網）設備等。
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年前后面向電子設備和機器人等用途實現實用化。2024年3月份，日本電氣硝子更新動態(tài)，官宣將陸續(xù)開始針對全固態(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，可根據客戶提供更大容量的型號。
參考來源：日經中文網、科情智庫、汽車縱橫、NE時代、知日社區(qū)、粉體大數據研究等。
（中國粉體網編輯整理/平安）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權告知刪除！
