未来电动汽车的能源主力——固态电池

焦点一

日前，日本主要汽车制造商丰田、日产、本田以及松下公司联手展开了一个新的研发项目——固态电池。锂离子电池技术与评估中心财团从日本经济产业省那里获得了1400万美元的资金支持。固态电池技术现在越来越被认为是电动汽车发展的下一个重大研发方向。

焦点二

日本政府将与民营企业携手推进新一代纯电动汽车（EV）电池的开发。从今年5月开始，日本经济产业省将与企业合作，共同推进高效率全固态电池的开发。为此，日本经济产业省将向技术研究协会——锂电池材料评价研究中心（LIBTEC）出资16亿日元。

全固态电池专利日本领先

日本政府加大全固态电池研发力度的目的之一是夺回电池领域的市场份额。《日本经济新闻》称，在车用电池领域，日本企业走在前列，2013年占据全球70%的市场份额。不过，中韩企业正在快速追赶，2013年市场占有率仅为3%的中国企业，到2016年已扩大到26%，而日本企业则减至41%。

左）为传统电池，右）为全固态电池

被称为“锂电池之父”的吉野彰认为，新一代的电池中，最接近实用性的是全固态电池。《日刊工业新闻》称，2006年之后，全固态电池的专利不断增加，2012~2014年全球全固态电池相关的专利中，日本占54%。

日本政府计划从技术开发和标准制定两方面着手。目前，拥有全固态电池专利数量最多的企业是丰田汽车，其计划2022年实现全固态电池的商业化应用。

去年10月，丰田宣布投入200余人加速研发固态电池技术。去年12月，丰田与松下联合对外宣布，双方正探讨在方形车载电池方面展开合作。此外，双方还欲联合开发全固态电池，以通过先进的电池技术促进电动汽车的普及。

今年3月，雷诺集团电动汽车业务负责人吉勒斯·诺曼德在接受外媒采访时透露，雷诺-日产-三菱联盟正致力于全固态电池技术的研发。诺曼德认为，全固态电池是汽车工业的新希望，主要应用于长续驶的电动汽车，“这项技术在成本、密度和热稳定性方面都较目前的锂离子电池有巨大优势。”他补充说：“虽然仍有许多挑战，但我们已取得了非常好的进展，目标是在2030年之前将其推向市场，如果可能的话，最早2025年就可以。”

除了汽车厂商及电池厂商外，三菱瓦斯化学、东丽、住友化学等材料厂商也看好全固态电池的市场前景，正在加速相关材料的研发。三菱瓦斯化学的目标是，2020年前开发出用于全固态电池的固态电解质，以期尽快将新一代电池材料推向市场。

固态锂电池的优势在哪？

固态电池的优势主要衍生于其材料的稳定性，日经将固态电池优势归纳为七点：

一、提高安全性：完全去除电解液漏液、挥发或起火爆炸的危险

二、快速充电：锂电池共同发明人John Goodenough教授指出，液态锂电池于过度快充时会产生「枝晶」，引发电池短路而起火爆炸的危险。理论上固态锂电池则可避免此危险发生。

三、开启能量密度提升的大门：基于本质上的安全性，固态电池可采用高能量密度材料(如锂金属/硅负极)

四、自放电大幅降低

五、电池设计自由度增加，可能实现多层化：除去电解液的固态电池犹如积木，可达成电池芯内部堆栈(串/并联)，直接提升电量或电压，如辉能科技的BLCB、美国Polymer Innovations的Multilayer battery

六、柔性化的前景：超薄型的固态电池能够多次弯曲，适用穿戴或医疗用途，如南韩KAIST发表的超薄可弯电池及辉能科技的可弯锂陶瓷电池。

七、可于封装基材上结合材料与零件：固态电池的封装不受限制，例如辉能科技以软性电路板作为封装基材，发表了可直接结合键盘、天线等电子组件于电池封装上的多功能电池，和天线电池，做出前所未有的设计创新。

固态电池已经能取代液态电池了吗?

其实业界对于固态电解质的研究已有20年以上历史，但如何克服除去电解液后锂离子的传导问题一直是世界难题，约至2011年各界才相继传出突破的消息，不过最初固态电池内的锂离子就像佝偻携杖的老人家，仍因高界面阻抗而无法高速传导，难以取代传统液态锂电池，因此如何提升导通性成为已研发出固态电池的电池厂研究的方向。

目前，已有部分厂商找到提升导通性的方法：法国Bolloré集团透过将电动车电池加热至60°C以上来维持固态电池内的导电能力，于英国少量投放城市租赁车；辉能Prologium则透过电芯内部独家导通技术CeramionTM来降低内阻，其于2017发表的内阻值已低于目前市场主流的18650锂离子电池并实现5C快充。导电性在现今固态电池的电性水平已足以完全取代液态锂电池。

市场现况为何?

日经亦绘制了全球固态锂电池技术分布图，图中以圆圈大小示意公司规模、以箭头指出公司间投资/合作研发的关系，首先可以看出固态电池生产者除了日韩松下、东芝及三星等超大型企业外多为小规模企业，如此规模落差主因固态电池难以量产，在生产技术上与一般液态电池完全不同，不论是生产工艺制程、或是生产线的周遭环境都需要大量的资本投入和严格参数控制，所以对后进的新创公司而言，要从实验室走到量产线的路很长很远很昂贵，因此以固态电池起家的厂商中除辉能Prologium已开始量产外，其余厂家(主要位于北美)皆停留于样品或实验阶段，尚未扩大公司规模。

此外，欧美地区固态电池的拥戴者主要为电动车厂，以合资或收购方式与先进电池公司进行策略的捆绑，为固态电池的发展提供强大动能。依据车厂释出的消息，我们可以期待2020年至2025年间即能见到商品化的固态电池电动车，如此一来，驾驶们能真正摆脱里程焦虑及电池危险性的日子不远了。

下表归纳图中介绍之全球主要车用固态电池研发者的动向：