作為「後鋰電池」而備受期待的全固態電池的實用化競爭已拉開帷幕。在專利方面領先的豐田討論2021年內公開試製車。德國福斯與美國新興企業展開合作，將於2024年前後開始生産可大幅延長純電動汽車（EV）續航距離的電池。面對在現有電池生産規模上擁有很高份額的中韓企業，日德企業能否發揮技術方面的領先優勢面臨考驗。

 

大眾計劃與美國新興企業合作生産數十萬輛純電動汽車的電池（照片為大眾總裁迪斯）

     

       「全固態電池是鋰離子電池開發的最終章」，大眾的電池開發負責人佛蘭克·布洛梅如此斷言。大眾正在與出資對象美國矽谷初創企業Quantum Scape合作開發全固態電池。

 

       大眾與新興企業合作加快開發

 

       全固態電池使用固體材料作為傳輸電的鋰離子來回移動的電解質。與使用電解液的鋰電池相比，不易發生短路，起火等風險小。其特點是電極和電解質交替排列，易於疊層化。因此，單位重量的能量密度比現有鋰電池高，在電池尺寸相同的情況下，可以延長純電動汽車的續航距離。

 

 

       Quantum Scape的全固態電池使用金屬鋰作為負極，續航距離能比鋰電池延長1.8倍，達到730公里。充電15分鐘即可達到總電量的80％。據悉電池不易劣化，行駛38萬公里之後，容量仍能保持最初的80％。

 

       作為過渡至純電動汽車的王牌，大眾正在汲取新興企業的相關技術，加緊推進全固態電池的實用化。計劃2024～2025年開始量産。5月14日，Quantum Scape宣佈，將在2021年內確定與大眾合資設置試生産線的地點。德國北部是有力候選地。

 

       最初的年産能為1吉（10億）瓦時，之後計劃增加20吉瓦時的産能。規模相當於目前歐洲電池總産能的一半多，可滿足數十萬輛純電動汽車的使用需求。

 

 

       德國寶馬5月3日宣佈擴大對美國初創企業Solid Power的出資規模。據悉Solid Power的全固態電池理論上可使續航距離最高達到鋰電池的2倍。寶馬計劃於2022年採購測試用電池，2025年之前開始對配備全固態電池的車輛進行路測，2030年之前上市。

 

寶馬將在2025年之前對配備全固態電池的車輛啟動路測（照片由該公司提供）

 

       雖然德國廠商發起攻勢，但在開發方面領先的企業是擁有超過1000項專利的豐田。豐田的目標是2020年代前半期將全固態電池推向實用化，目前正在討論2021年內公開試製車。據計算，在與現有電池尺寸相同的情況下，豐田開發的全固態電池可使續航距離延長至2倍以上。豐田在電池開放方面與松下展開合作。此外，日産汽車將於2020年代後半期將全固態電池推向實用化。日産專務執行董事平井俊弘表示，「要推進大型車的純電動化，今後需要採用這種技術」。

 

       成本是課題

 

       全固態電池存在的課題是，目前成本被認為比鋰電池高4倍以上。據美國福特汽車估算，目前純電動汽車用鋰電池的成本為每千瓦時約合1.3萬日元，到2030年將降低到1萬日元以下。另一方面，日本新能源産業技術綜合開發機構（NEDO）與豐田等合作的項目提出了這樣的目標：通過確立量産技術和實現量産效果等，到2025年把全固態電池的成本降至每千瓦時1.5萬日元，到2030年降至1萬日元，達到與鋰電池同等的水準。

 

 

       降低成本的技術開發競爭已經開始。總部位於美國矽谷的新興企業Sakuu Corporation掌握利用3D印表機製作全固態電池的技術，首席執行官Robert Bagheri 表示「我們能以競爭産品一半的成本進行生産」。日本零部件製造商武藏精密工業已向該公司出資。

 

 

  

       電池在純電動汽車成本中佔比3～4成，是隨著價格不斷降低、規模決定勝負的代表性産品。中國寧德時代和南韓LG化學等中韓企業在鋰電池市場佔有超7成份額。日本電池系統開發企業ENAX社長三枝雅貴指出，「從成本方面來説，電池已成為中國的天下」。日企等希望借助技術實力，在全固態電池領域挽回局面。

 

       日企在材料領域顯示出存在感

 

       據日本調查公司富士經濟預測，到2035年全固態電池的全球市場規模將達到2.1萬億日元。在純電動汽車用全固態電池備受關注的背景下，用於小型可穿戴設備等的市場也有可能擴大。

 

       在智慧手機零部件等方面擁有優勢的村田製作所通過收購索尼集團的電池業務涉足了這一領域。村田力爭運用電子零部件開發技術，將全固態電池應用在可穿戴設備上。2021年度內將在滋賀縣野洲事業所設置量産線，面向可穿戴設備供貨。計劃最終使月産量達到10萬個。

 

村田製作所開發的全固態電池

 

       村田製作所生産的全固態電池使用氧化物作為電解質。與純電動汽車電池中主流的硫化物相比，不適合大容量、高輸出功率的用途，但可以像電子零部件一樣配置在基板上，因此可通過縮小電池佔用的空間，實現數位産品的小型化。村田此前一直為智慧手機提供電路基板「Metro Circ」等新技術，為智慧手機提高性能和縮小尺寸做出了貢獻。村田製作所要將這種封裝技術推廣到電池領域。

 

       村田的競爭對手TDK也已開始量産使用陶瓷技術的超小型全固態電池，並面向烹飪用溫度計等供貨。如果固態電池技術通過這些民用産品獲得發展，就可以安全地貼身使用可穿戴設備，包括耳機、智慧眼鏡、戒指型終端和嵌入身體的終端。

 

 

       在固態電池開發領域，日本企業紛紛推進相關材料開發。尤其是主要材料，三井金屬在埼玉縣的研究所啟動了電解質的相關設備，出光興産也在千葉縣市原市新設了生産設備。日本電氣硝子試製了正極材料使用結晶玻璃的電池，並提高了安全性。這些企業都在材料離子技術和樹脂品質改進技術的應用等方面具備優勢。

 

       現有鋰電池方面，日本化工企業一直掌握著「正極材料」、「負極材料」、「隔膜」、「電解液」4種主要材料，有觀點認為，在這樣的背景下，日企的優勢也能在固態電池領域發揮作用。對日本的零部件廠商和材料企業來説，正式拉開序幕的電池革新是一次良機。

 

       日本經濟新聞（中文版：日經中文網）渡邊直樹、三隅勇氣、法蘭克福 深尾倖生

 

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