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《日本特殊陶业积极发展全固态电池技术》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2022-05-23

  • 日本特殊陶业积极发展全固态电池技术，并计划同步展开电池事业与材料事业的拓展。

    在电池事业方面，可望适用于发挥固体电解质安全性优势的航太/汽车用备用电源、健康照护以及与锂离子电容器(LiC)并用的相关用途。另在材料事业方面，将以供应粉末状固体电解质为主，且目前已有来自海内外电池制造商或新创企业的商务洽询。

    日本特殊陶业应用长年累积的陶瓷技术，致力于氧化物系全固态电池的研发。开发制品的容量为0.5～10 Wh，尺寸则是30～110 mm，由于采用了锂镧锆氧氧化物(Li7La3Zr2O12; LLZ)做为固体电解质，体积能量密度达到了300 Wh/L，是氧化物系固态电池中最高水准之容量尺寸。此外，相对于锂离子电池的使用温度上限为60℃，新开发品可在–30～105℃的宽广温度范围进行使用。

    除了扩大全固态电池的用途之外，日本特殊陶业也投入LiC的开发。活用其高容量、高输出功率，以及宽广的运作温度范围，将可应用于自动驾驶车辆或医疗机器的备用电源、替代电池等用途。且LiC与全固态电池的并用，可望借此抑制劣化状况的发生，进而拓展适用范畴。 LiC的功率密度为23kW/L，能量密度24Wh/L，运作温度范围在–55～85℃之间。

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    • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2020-08-18
    • 　相较于传统的锂离子电池，固态电池能提供更好的续航能力和安全性，但目前而言，固态电池迫于技术和成本的双重制约，距离产业化仍然需要很长时间。 　　光大证券认为，固态电池有望成为下一代高性能锂电池。目前中国大部分的汽车厂商和新能源厂商也在参与固态电池的研发。 　　固态电池的不同技术路径 　　2019年12月，工信部发布《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》（征求意见稿），在“实施电池技术突破行动”中，加快固态动力电池技术研发及产业化被列为“新能源汽车核心技术攻关工程”。这意味着固态电池有望上升至国家战略层面。 　　固态电池是以固体材料来代替现有锂离子电池中使用的液体成分，固态电解质的厚度仅3~4微米，非常轻薄，不仅减小了体积，也降低了重量。 　　固态电池的技术发展采用逐步颠覆策略，液态电解质含量逐步下降，全固态电池是最终形态。依据电解质分类，锂电池可分为液态、半固态、准固态和全固态四大类，其中半固态、准固态和全固态三种统称为固态电池。 　　不过，固态电池的技术路线目前仍有很大分歧。 　　固体电解质可大致分为三类：无机电解质、固态聚合物电解质、复合电解质。目前业内比较看好的材料包括固态聚合物、硫化物、氧化物、薄膜等。 　　光大证券认为，聚合物固态电解质将率先实现应用，但存在高成本和低电导率两个致命问题。 　　目前主流的聚合物固态电解质是聚环氧乙烷（PEO）电解质及其衍生材料。相比之下，氧化物固态电解质综合性能好，进展最快。硫化物固态电解质电导率最高，研究难度最大，开发潜力最大，但如何保持高稳定性是一大难题。高能聚合物体系仍处于实验室研究阶段，LiPON薄膜型全固态电池已小批量生产，非薄膜型已尝试打开消费电子市场。 　　近年来多家中国企业建立氧化物固态电池生产线。 　　苏州清陶新能源在江苏昆山建成投产的固态锂电池生产线，单体能量密度达400Wh/kg以上，拟于2020年进入动力电池应用领域。 　　辉能科技与南都电源合作建立的国内首条1GWh规模的固态电池生产线也将于2020年建成，公司今年4月刚完成D轮融资，用于加速固态电池商业化落地和工厂建设，辉能在氧化物固态电池方面取得了一定的成果。 　　日韩和欧洲企业则投入了大量资金进行硫化物固态电解质的研究。 　　2020年日本丰田计划推出搭载硫化物固态电池的新能源汽车，计划于2022年实现量产。十几年前丰田已开展固态电池研发工作，不仅获得了固态电解质材料、固态电池的制造技术等方面的专利，还研发了一整套的正极材料和硫化物固态电解质材料回收的技术路线和回收工序。三星和宝马也都在研发硫化物固态电池的技术。中国的宁德时代（300750.SZ）也在这一方向上发力。 　　全固态电池商业化还要5~10年 　　今年3月初，三星高等研究院（SAIT）与三星日本研究中心（SRJ）在《自然-能源》介绍了其在固态电池领域的最新进展，称已经开发出一种高性能全固态电池。这种电池的循环寿命超过1000次，可以让电动汽车在单次充电的情况下行驶800公里。 　　丰田也在联手松下开发固态电池领域技术；宝马于2017年开始牵手Soild Power开发固态电池，福特和三星也于去年投资了Solid Power；大众也表示将在欧洲建厂生产固态电池，有望在2024~2025年间实现量产。 　　另一家瞄准动力电池市场的是戴森。戴森创始人詹姆斯·戴森表示，向其他车企出售固态电池是一个进入汽车行业的选项。 　　光大证券称，固态电池领域已经进入“军备竞赛”阶段，各企业期望抢占先机以赢得市场份额。固态电池领域市场参与者众多，车企、电池企业、投资机构、科研机构等在资本、技术、人才三方面进行博弈。随着越来越多的企业加入，固态电池产业化进程不断加速，按照目前的发展情况，2021~2025年固态电池将实现初步应用。 　　不过全固态电池的商业化还需要很长时间。去年底，宁德时代一位电池开发负责人曾表示，全固态电池实现商品化要到2030年以后。 　　光大证券研报显示，固态电池的工艺路线尚不成熟，降本仍需过程，全面产业化预计需要5~10年。例如三星的固态电池虽然能够达到长续航，但生产环境要求苛刻，银碳层大规模生产所需的贵金属纳米银成本较高，短期产业化并不现实。 　　国内固态电池产业化进程正在不断加速。 　　国轩高科2019年推出了半固态电池的试生产线；赣锋锂业年产亿瓦时级第一代固态锂电池研发中试生产线已建成试产，不久将正式投产；比亚迪也曾表示正在积极推进固态电池项目商用；宁德时代的全固态电池还在开发中，预计2030年后实现商品化。 　　此外，天齐锂业2018年开始布局固态电池，其参股公司美国Solid Energy主要开发和生产具有超高能量密度、超薄锂金属电池，开发电解液和负极材料。2018年宣布与中国科学院等机构进行固态电池技术合作，目前尚处于实验试制阶段。鹏辉能源固态电池处于研发阶段，计划在未来2~3年内推出固态电池产品。 　　近两年内固态电池生产线迎来一轮不小的投产潮，清陶、卫蓝新能源、辉能科技等企业将建固态电池生产线，虽然目前各企业均未公布固态电池成本，但此前已有预测，固态电池成本将远高于锂离子电池，未来固态电池若想实现产业化，降本则成必然。 　　光大证券认为，固态电池的生产可组合传统锂离子电池产业链。与传统锂离子电池相比，固态电池电芯制备不存在革命性创新，只是电极和电解质制造环境要求更高，需要在惰性气体保护下或在干燥间内进行，这与制造超级电容器、锂离子电容器等空气敏感储能器件的生产环境相似。
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  • 《日本全固态电池新技术将容量提高至3倍》
    • 来源专题：工程机械与高端装备
    • 编译者：赵卫华
    • 发布时间：2025-04-01
    • 日本京都大学和丰田等的研究团队已将“全固态氟化物离子电池”用正极的单位体积容量提高至锂离子电池的约3倍。嵌入电池之际的体积能量密度预计为锂离子电池的2倍以上。力争2035年以后在纯电动汽车(EV)用途上实现实用化。  一般来说，电池通过离子在正极和负极之间来回移动进行充放电。与更多离子产生反应并获得大量电子的电极具有更高的容量。现有的锂离子电池的电极基本上只能从1个原子获得1个电子。 京都大学等公布的正极材料“氮化铜”主要是氮与氟化物离子产生反应，每个氮原子可获取3个电子。因此，单位体积的容量达到锂离子电池的3倍，单位重量的容量是锂离子电池的2倍。据说还具有能承受数十次充放电的耐久性。京都大学教授内本喜晴表示将氮等“阴离子”用于反应的电池很少见，“在科学上也很有趣”。 目前，电池研究人员和电池制造商正在积极开发被称为“全固态锂离子电池”的提高锂离子电池性能的电池。预计2020年代后半期实现实用化。此次的电极还适用于下一代的全固态氟化物离子电池。全固态氟化物离子电池的开发，除了正极以外，还需要负极和固体电解质，研究团队将另行推进开发。 内本喜晴教授表示，使用该电极组装全固态氟化物离子电池时，体积能量密度有望达到“锂离子电池的2倍以上”。纯电动汽车的续航里程有可能从目前的600公里左右增加到1200公里左右。力争2035年以后实用化。 除了京都大学和丰田之外，东京大学、兵库县立大学、东北大学和东京科学大学参与共同研究，成果发表在美国学术杂志《美国化学会志》网站上。
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