全固態(tài)鋰電池作為可兼顧高能量密度和安全性的蓄電池備受關(guān)注，在世界各國正積極推進(jìn)交通工具電動化的大環(huán)境下，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）為了盡快實現(xiàn)全固態(tài)鋰電池的實用化，啟動了第二期研發(fā)項目。

在該項目中，汽車、蓄電池、材料領(lǐng)域的23家公司，15所大學(xué)及公立研究所將展開合作，確立能解決全固態(tài)鋰電池當(dāng)前瓶頸的基礎(chǔ)技術(shù)，同時將采用原型單元，開發(fā)對新材料特性、量產(chǎn)工藝以及是否適合配備于純電動汽車（EV）等進(jìn)行評估的技術(shù)。另外，還會以日本主導(dǎo)推進(jìn)國際標(biāo)準(zhǔn)化為目標(biāo)，開發(fā)有關(guān)安全性和耐久性的試驗評估方法。此外，在推進(jìn)研發(fā)的同時，還將討論電動汽車大量普及的未來社會體系的方法設(shè)計。

圖1：全固態(tài)鋰電池的結(jié)構(gòu)

1．概要

今后，預(yù)計很多國家都將強(qiáng)化汽車的二氧化碳排放規(guī)定和燃效規(guī)定，交通工具將朝著電動化的方向發(fā)展。因此，很多汽車廠商都宣布了到本世紀(jì)二十年代每年銷售數(shù)百萬輛純電動汽車和插電式混合動力車（PHEV）的計劃。在這種情況下，車載電池將成為決定EV和PHEV的便利性（續(xù)航距離、充電時間等）及價格的重要因素，因此，急需通過提高能量密度來提高電池的性能和降低成本。

目前的EV和PHEV使用的鋰電池（LIB）采用有機(jī)電解液制造，其能量密度和安全性屬于此消彼長的關(guān)系，只要一方面出問題，就可能冒煙甚至起火。對此，如圖1所示，采用無機(jī)固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池充分發(fā)揮固體電解質(zhì)的阻燃性及熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，即使提高能量密度也能確保安全性和耐久性。此外還能簡化電池組的冷卻系統(tǒng)和冒煙起火時的排氣系統(tǒng)等，提高體積能量密度。而且，全固體電池有望使EV充電時間降至10分鐘以內(nèi)，實現(xiàn)超快速充電。不過，要想實現(xiàn)期待的這些性能，還存在很多瓶頸，而且單元的結(jié)構(gòu)、材料構(gòu)成和制造工藝等基本概念尚未確定，目前，面向?qū)嵱没难芯块_發(fā)的效率并不高。

圖2：EV電池的技術(shù)轉(zhuǎn)移設(shè)想

因此，在NEDO的"先進(jìn)創(chuàng)新蓄電池材料評估技術(shù)開發(fā)一期（2013～2017年度）"項目中，開發(fā)了全固態(tài)鋰電池的標(biāo)準(zhǔn)電池模型（200mAh級單層層壓單元）以及采用該模型的材料評估技術(shù)，并對公司和大學(xué)等面向全固態(tài)鋰電池開發(fā)的固體電解質(zhì)和電極活性物質(zhì)等進(jìn)行了評估，將評估結(jié)果反饋給樣品供應(yīng)者。

此次啟動的二期項目將在一期項目取得的成果的基礎(chǔ)上，開發(fā)實現(xiàn)大型化和高容量化的標(biāo)準(zhǔn)電池模型（Ah級層壓單元）以及采用該模型的材料評估技術(shù)。一期項目的評估技術(shù)是為了掌握材料的基本特性，而二期項目的評估技術(shù)將進(jìn)一步升級，將評估量產(chǎn)性以及是否適用于EV等。因此，此次有4家汽車及摩托車公司、5家蓄電池公司及2家材料公司新加盟了受理評估委托的"技術(shù)研究聯(lián)盟鋰電池材料評價研究中心"（LIBTEC）。另外，14所大學(xué)和研究所也作為新的委托對象加入二期項目，將和LIBTEC進(jìn)行合作。

如圖2所示，在EV電池市場上，預(yù)計目前研究開發(fā)比較領(lǐng)先、采用硫化物固體電解質(zhì)的第一代全固態(tài)鋰電池將在2025年左右成為主流，到2030年左右，采用具備高離子導(dǎo)電性的硫化物固體電解質(zhì)或者化學(xué)穩(wěn)定性較高的氧化物固體電解質(zhì)的新一代全固態(tài)鋰電池將成為主流。第一代全固態(tài)鋰電池和新一代全固態(tài)鋰電池都將是二期項目的研發(fā)對象。

2．業(yè)務(wù)內(nèi)容

【1】業(yè)務(wù)名稱

先進(jìn)創(chuàng)新蓄電池材料評估技術(shù)開發(fā)（二期）

【2】業(yè)務(wù)總額（預(yù)定）

100億日元

【3】時間

2018～2022年度

【4】研發(fā)內(nèi)容

（1）開發(fā)通用基礎(chǔ)技術(shù)

將開發(fā)能解決全固態(tài)鋰電池的大型化和量產(chǎn)化瓶頸的基礎(chǔ)技術(shù)，包括固體電解質(zhì)的量產(chǎn)和低成本合成、向電極活性物質(zhì)涂敷電解質(zhì)、電解質(zhì)層和電極層的成膜等。

另外，通過組合全固態(tài)鋰電池用新材料和元器件，評估單元的性能、耐久性和安全性，將制用途于掌握新材料和元器件的利弊、技術(shù)課題及是否適合單元量產(chǎn)工藝等的標(biāo)準(zhǔn)電池模型，并編訂規(guī)格說明書及性能評估程序手冊。

此外，還將開發(fā)通過計算機(jī)模擬，預(yù)測全固態(tài)鋰電池的單元及電池組的不穩(wěn)定性、劣化和發(fā)熱情況的技術(shù)，以日本主導(dǎo)推進(jìn)國際標(biāo)準(zhǔn)化為目標(biāo)，開發(fā)有關(guān)耐久性和安全性的試驗評估方法等。

（2）討論社會體系設(shè)計

將調(diào)查并分析各國和全固態(tài)鋰電池及電動汽車有關(guān)的政策、市場和研發(fā)動向，制定以EV普及為前提的整個未來社會體系的方法設(shè)計，同時和"（1）開發(fā)通用基礎(chǔ)技術(shù)"聯(lián)動，推進(jìn)相關(guān)研究開發(fā)。制定方法時，還將考慮充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、資源限制、3R原則（Reduce、reuse、recycle，即減量化、再利用和再循環(huán)）等，討論低碳化社會的方法設(shè)計。

作為"下一代鋰電池技術(shù)"，固態(tài)電池以——其天生具有高離子電導(dǎo)率和機(jī)寬電化學(xué)窗口、械強(qiáng)度和工作溫度區(qū)間，成為人們夢寐以求能量密度高、安全性高、循環(huán)性強(qiáng)、充電時間短理想對象。

進(jìn)入視線固態(tài)電池雖然看似靠譜，卻還存在許多難以攻克技術(shù)難題，距離大規(guī)模量產(chǎn)還要一段很長時間。

但依舊難以撲滅全球上百家各式機(jī)構(gòu)瘋狂進(jìn)軍固態(tài)電池?zé)崆椤＿@些機(jī)構(gòu)中，既包括新進(jìn)造車公司，傳統(tǒng)汽車巨頭、汽車零部件巨頭，上游原料商和電池生產(chǎn)公司，有學(xué)術(shù)背景的科研院校，甚至軍方資助的神秘機(jī)構(gòu)，有著政府背景研究所，

全球數(shù)百上千位物理學(xué)、電學(xué)、化學(xué)、優(yōu)秀專家學(xué)者，在成千萬上億美金資金支撐下，圍繞著固態(tài)電池戰(zhàn)略制高點，從商業(yè)量產(chǎn)到技術(shù)研發(fā)，展開一場爭奪戰(zhàn)。

以豐田為首，日本在固態(tài)電池領(lǐng)域有領(lǐng)先于世界布局，包括松下、本田在內(nèi)公司都宣稱將下一代電池研發(fā)重點放在固態(tài)電池上。

需特別注意是：因為日本島國封閉性思維，他們不愿分享自己研究成果，而選擇最大化自己技術(shù)路線商業(yè)利益（例如燃料動力鋰電池專利開放只有幾年的時間，剛夠其他國家和公司開發(fā)產(chǎn)品，等量產(chǎn)時候他們就來收割別人成果）。

有這方面"歷史教訓(xùn)"，我國一般都會選擇不跟著日本路線走，比如HEV、移動通信制式、的技術(shù)路線等，我國都明顯表現(xiàn)出避開日本技術(shù)路線意圖。

豐田：固態(tài)電池狂熱擁躉

今年七月，豐田計劃在2022年推出固態(tài)電池量產(chǎn)汽車。隨后一位豐田發(fā)言人表示，不會立即就此事發(fā)表評論。

5個月后十二月，豐田突然宣布：計劃在2020年推出10款電動汽車，并將下一代固態(tài)電池商業(yè)化。隨后消息在豐田負(fù)責(zé)材料工程高管ShigekiSuzuki得到證實：豐田2020年全面實現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化。

豐田又單方面將固態(tài)電池商業(yè)化提前了2年。

相當(dāng)大膽行為，特別是發(fā)生在謹(jǐn)慎保守豐田身上，更加令人不可思議。

以豐田以往的性格，假如看好固態(tài)電池路線，基本上意味著豐田已攻克這條技術(shù)路線中大多數(shù)難題，有把握量產(chǎn)了。

至少在十幾、二十年前，豐田就已秘密組織一支上百人優(yōu)秀人才團(tuán)隊進(jìn)行空氣電池、固態(tài)電池、的研發(fā)工作。這一支囊括了上野幸義、濱重規(guī)、中本博文、土田靖、長瀨浩、小谷幸成、神谷正人、蒂里·勒蓋爾、鄧肯·史密斯、布賴恩·海登、克里斯托弗·李在內(nèi)的專家隊伍研發(fā)了十幾年時間，為豐田申請30項專利（至今豐田在固態(tài)電池方面專利數(shù)遙遙領(lǐng)先）。

外界對豐田這一領(lǐng)域具體進(jìn)展不得而知。雖然豐田一直低調(diào)進(jìn)行，但業(yè)界依然公認(rèn)技術(shù)進(jìn)度應(yīng)該排前列。

按電解液形態(tài)劃分，固態(tài)電池分為準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)（介于液態(tài)和固態(tài)之間妥協(xié)路線）。根據(jù)電解液材質(zhì)不同，全固態(tài)又有著硫化物、氧化物、和聚合物之分，而豐田走的是全固態(tài)中硫化物材質(zhì)路線。

目前豐田不僅獲得固態(tài)電池、固體電解質(zhì)材料的制造技術(shù)等方面專利，甚至還研發(fā)一整套硫化物固體電解質(zhì)材料和正極材料回收的技術(shù)路線和工序。

豐田2010年，正式推出硫化物固態(tài)電池，到2014年，實驗室的固態(tài)電的能量密度已經(jīng)達(dá)400Wh/kg。

信息來源：客觀日本，汽車技術(shù)風(fēng)向周刊