钜大LARGE | 点击量：637次 | 2022年07月04日
日本启动全固态锂电池研发二期项目
全固态锂电池作为可兼顾高能量密度和安全性的蓄电池备受关注，在世界各国正积极推进交通工具电动化的大环境下，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）为了尽快实现全固态锂电池的实用化，启动了第二期研发项目。
在该项目中，汽车、蓄电池、材料领域的23家公司，15所大学及公立研究所将展开合作，确立能解决全固态锂电池当前瓶颈的基础技术，同时将采用原型单元，开发对新材料特性、量产工艺以及是否适合配备于纯电动汽车（EV）等进行评估的技术。另外，还会以日本主导推进国际标准化为目标，开发有关安全性和耐久性的试验评估方法。此外，在推进研发的同时，还将讨论电动汽车大量普及的未来社会体系的方法设计。
图1：全固态锂电池的结构
1．概要
今后，预计很多国家都将强化汽车的二氧化碳排放规定和燃效规定，交通工具将朝着电动化的方向发展。因此，很多汽车厂商都宣布了到本世纪二十年代每年销售数百万辆纯电动汽车和插电式混合动力车（PHEV）的计划。在这种情况下，车载电池将成为决定EV和PHEV的便利性（续航距离、充电时间等）及价格的重要因素，因此，急需通过提高能量密度来提高电池的性能和降低成本。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
目前的EV和PHEV使用的锂电池（LIB）采用有机电解液制造，其能量密度和安全性属于此消彼长的关系，只要一方面出问题，就可能冒烟甚至起火。对此，如图1所示，采用无机固体电解质的全固态锂电池充分发挥固体电解质的阻燃性及热稳定性和化学稳定性，即使提高能量密度也能确保安全性和耐久性。此外还能简化电池组的冷却系统和冒烟起火时的排气系统等，提高体积能量密度。而且，全固体电池有望使EV充电时间降至10分钟以内，实现超快速充电。不过，要想实现期待的这些性能，还存在很多瓶颈，而且单元的结构、材料构成和制造工艺等基本概念尚未确定，目前，面向实用化的研究开发的效率并不高。
图2：EV电池的技术转移设想
因此，在NEDO的"先进创新蓄电池材料评估技术开发一期（2013～2017年度）"项目中，开发了全固态锂电池的标准电池模型（200mAh级单层层压单元）以及采用该模型的材料评估技术，并对公司和大学等面向全固态锂电池开发的固体电解质和电极活性物质等进行了评估，将评估结果反馈给样品供应者。
此次启动的二期项目将在一期项目取得的成果的基础上，开发实现大型化和高容量化的标准电池模型（Ah级层压单元）以及采用该模型的材料评估技术。一期项目的评估技术是为了掌握材料的基本特性，而二期项目的评估技术将进一步升级，将评估量产性以及是否适用于EV等。因此，此次有4家汽车及摩托车公司、5家蓄电池公司及2家材料公司新加盟了受理评估委托的"技术研究联盟锂电池材料评价研究中心"（LIBTEC）。另外，14所大学和研究所也作为新的委托对象加入二期项目，将和LIBTEC进行合作。
如图2所示，在EV电池市场上，预计目前研究开发比较领先、采用硫化物固体电解质的第一代全固态锂电池将在2025年左右成为主流，到2030年左右，采用具备高离子导电性的硫化物固体电解质或者化学稳定性较高的氧化物固体电解质的新一代全固态锂电池将成为主流。第一代全固态锂电池和新一代全固态锂电池都将是二期项目的研发对象。
2．业务内容
【1】业务名称
先进创新蓄电池材料评估技术开发（二期）
【2】业务总额（预定）
100亿日元
【3】时间
2018～2022年度
【4】研发内容
（1）开发通用基础技术
将开发能解决全固态锂电池的大型化和量产化瓶颈的基础技术，包括固体电解质的量产和低成本合成、向电极活性物质涂敷电解质、电解质层和电极层的成膜等。
另外，通过组合全固态锂电池用新材料和元器件，评估单元的性能、耐久性和安全性，将制用途于掌握新材料和元器件的利弊、技术课题及是否适合单元量产工艺等的标准电池模型，并编订规格说明书及性能评估程序手册。
此外，还将开发通过计算机模拟，预测全固态锂电池的单元及电池组的不稳定性、劣化和发热情况的技术，以日本主导推进国际标准化为目标，开发有关耐久性和安全性的试验评估方法等。
（2）讨论社会体系设计
将调查并分析各国和全固态锂电池及电动汽车有关的政策、市场和研发动向，制定以EV普及为前提的整个未来社会体系的方法设计，同时和"（1）开发通用基础技术"联动，推进相关研究开发。制定方法时，还将考虑充电基础设施建设、资源限制、3R原则（Reduce、reuse、recycle，即减量化、再利用和再循环）等，讨论低碳化社会的方法设计。
作为"下一代锂电池技术"，固态电池以——其天生具有高离子电导率和机宽电化学窗口、械强度和工作温度区间，成为人们梦寐以求能量密度高、安全性高、循环性强、充电时间短理想对象。
进入视线固态电池虽然看似靠谱，却还存在许多难以攻克技术难题，距离大规模量产还要一段很长时间。
但依旧难以扑灭全球上百家各式机构疯狂进军固态电池热情。这些机构中，既包括新进造车公司，传统汽车巨头、汽车零部件巨头，上游原料商和电池生产公司，有学术背景的科研院校，甚至军方资助的神秘机构，有着政府背景研究所，
全球数百上千位物理学、电学、化学、优秀专家学者，在成千万上亿美金资金支撑下，围绕着固态电池战略制高点，从商业量产到技术研发，展开一场争夺战。
以丰田为首，日本在固态电池领域有领先于世界布局，包括松下、本田在内公司都宣称将下一代电池研发重点放在固态电池上。
需特别注意是：因为日本岛国封闭性思维，他们不愿分享自己研究成果，而选择最大化自己技术路线商业利益（例如燃料动力锂电池专利开放只有几年的时间，刚够其他国家和公司开发产品，等量产时候他们就来收割别人成果）。
有这方面"历史教训"，我国一般都会选择不跟着日本路线走，比如HEV、移动通信制式、的技术路线等，我国都明显表现出避开日本技术路线意图。
丰田：固态电池狂热拥趸
今年七月，丰田计划在2022年推出固态电池量产汽车。随后一位丰田发言人表示，不会立即就此事发表评论。
5个月后十二月，丰田突然宣布：计划在2020年推出10款电动汽车，并将下一代固态电池商业化。随后消息在丰田负责材料工程高管ShigekiSuzuki得到证实：丰田2020年全面实现全固态电池商业化。
丰田又单方面将固态电池商业化提前了2年。
相当大胆行为，特别是发生在谨慎保守丰田身上，更加令人不可思议。
以丰田以往的性格，假如看好固态电池路线，基本上意味着丰田已攻克这条技术路线中大多数难题，有把握量产了。
至少在十几、二十年前，丰田就已秘密组织一支上百人优秀人才团队进行空气电池、固态电池、的研发工作。这一支囊括了上野幸义、滨重规、中本博文、土田靖、长濑浩、小谷幸成、神谷正人、蒂里·勒盖尔、邓肯·史密斯、布赖恩·海登、克里斯托弗·李在内的专家队伍研发了十几年时间，为丰田申请30项专利（至今丰田在固态电池方面专利数遥遥领先）。
外界对丰田这一领域具体进展不得而知。虽然丰田一直低调进行，但业界依然公认技术进度应该排前列。
按电解液形态划分，固态电池分为准固态和全固态（介于液态和固态之间妥协路线）。根据电解液材质不同，全固态又有着硫化物、氧化物、和聚合物之分，而丰田走的是全固态中硫化物材质路线。
目前丰田不仅获得固态电池、固体电解质材料的制造技术等方面专利，甚至还研发一整套硫化物固体电解质材料和正极材料回收的技术路线和工序。
丰田2010年，正式推出硫化物固态电池，到2014年，实验室的固态电的能量密度已经达400Wh/kg。
信息来源：客觀日本，汽车技术风向周刊
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