中国粉体网讯 目前，日本正以举国之力推动全固态电池商业化，包括设立官-产-学联盟，丰田、本田、日产等既开展全固态电池研发，也从事整车生产，在电池与整车性能匹配方面较有优势。其中，丰田在全固态电池研究上时间较早积累较深，目前日产、本田也已发布了其试生产和产品上线的时间节点。所以，日本的全固态电池研发已经是全行业在行动。
政策与投资支持
早在2018年，隶属于日本政府经济产业省的日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）宣布，该国部分企业及学术机构将在未来5年内联合研发下一代电动车全固态锂电池，力争早日应用于新能源汽车产业。该项目预计总投资100亿日元（约合5.8亿元人民币），丰田、本田、日产、松下等23家汽车、电池和材料企业，以及京都大学、日本理化学研究所等15家学术机构将共同参与研究，计划到2022年全面掌握全固态电池相关技术。
2021年，NEDO与丰田汽车、松下能源等企业启动新一代高效电池“全固体电池”核心技术的开发，力争通过全国力量推进研发，实现电池产业的赶超。与此同时，经济产业省也提供了约1205亿日元，支持日产汽车和本田汽车的高性能蓄电池及原材料的开发、再利用技术。
至2022年9月，日本电池产业战略研究公私理事会又发布《电池产业战略》，提出到2030年建立150吉瓦时/年的国内制造基地，全球生产能力达600吉瓦时/年，以提高日本电池产业竞争力，目标是到2030年左右实现全固态锂电池的正式商业化应用。此外，随着日本三井金属年产十吨级的硫化物固态电解质材料生产线宣布建成，也为意图大展拳脚的日本相关企业提供了稳定的配套硫化物材料来源。
技术创新与突破
硫化物技术路线
日本企业致力于全固态电池的产业化落地，主攻硫化物技术路线。其看重的便是硫化物电解质较高的电导率和出色的性能预期表现，并认为这是最适合用于电动汽车的固态电池技术路线，商业化前景足够广阔。尽管受制于全固态电池产业化的材料技术、制备技术不够成熟、生产成本过高等主要局限，以及硫化物电解质自身的界面稳定性差等研究难题，但日本企业依托在固态电池的研发起步较早且在开发领域处于技术领先地位的客观优势，还是让丰田、日产、本田等日企依然锚定着这一技术路线。
硫化物类固态电解质专利申请数居世界第2位的出光兴产与丰田就全固态电池的量产开展合作。出光兴产拥有多项以硫化锂为原料的硫化物固态电解质专利，拥有从炼油厂的副产物中获得电解质原料的诀窍，从原料到合成全面涉足电解质业务，能够降低成本。通过从材料到电池产品的一贯制开发提升速度。
2024年5月，Maxell官宣已经将全固态电池工作温度上限提升到150℃。2023年10月，Maxell开发出圆柱形全固态电池，容量达到200mAh，2024年1月可开启样品预定。资料显示，Maxell专注硫化物路线，1960年成立为麦克赛尔电气工业有限公司，创始产品为干电池，1964年更名为日立麦克赛尔株式会社。目前该公司在日本、美洲、欧洲、亚洲均有布局基地。
2024年2月份，媒体报道三井金属计划将日本全固态电解质量产试验设施进行第二次产能扩建，提升两倍。该公司主要为硫化物电解质。该公司生产的“algyrodite 型硫化物固体电解质”具有与液态电解质相同的高水平锂离子电导率，并且具有电化学稳定性特点。该产品商标被注册为“A-SOLiD”。三井金属目前将A-SOLiD定位为关键材料，并致力于其研究。
GS汤浅已经开发出含氮硫化物固态电解质（高离子电导率和防水性能的提升）。已和本田合作投资4341亿日元在日本新建电池工厂，预计2027年投产。计划在20年代后半段实现全固态电池应用，从深海领域扩展到电动车领域。
AGC应用其100多年在玻璃业务中积累的熔解技术，切入到硫化物固态电解质市场。目前AGC掌握了熔解硫化锂等原料、以较高的均匀性生产固态电解质的自主技术。与以往的生产方式相比，化学反应速度更快，生产时间降至10分之1以下。
氧化物技术路线
2024年6月，日本东京电气化学工业株式会社（TDK）宣布开发出氧化物全固态电池“CeraCharge”第二代，采用氧化物固体电解质和锂合金阳极，可实现750Wh/L体积能量密度，不封装状态下可达1000Wh/L，比第一代“CeraCharge”高100倍。TDK表示该产品可达1000次循环，预计将应用小型消费电子产品，如无线耳机、助听器、智能手表等小型电子设备，以及环境传感器和替代纽扣电池。样品将于2025年开始问世，量产看客户需求。
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。于2017年开发出氧化物固态电解质材料。在2021年实施全球首个全固态电池的技术实证试验，力争2030年实现EV用全固态电池的实际应用。据媒体报道其开发制品的容量为0.5～10 Wh，尺寸则是30～110 mm，由于采用了锂镧锆氧氧化物(Li7La3Zr2O12)作为固体电解质，体积能量密度达到了300Wh/L，是氧化物系固态电池中高水准之容量尺寸。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。
量产与商业化
电动车领域的应用
2023年7月初，丰田汽车官方宣布在电池技术上取得重大突破，宣布将在2025年推出先进固态电池，充电10分钟可以实现续航1200公里，同时成本降低20%。丰田计划于2027—2028年将其投入实际应用，在BEV车型上搭载全固态电池。
日产汽车走高镍+硫化物+锂金属路线，目标1000Wh/L。按照规划，2024年8月中试线设备进行安装，2025年3月横滨工厂固态电池中试线将开始运营，2026年进行车辆测试，2028年在新款EV车型中搭载应用全固态电池（ASSB）。据日产2030公开愿景发布会，至2028财年，全固态电池（ASSB）能够将电池组的成本降至每千瓦时75美元，未来会将成本进一步降低至每千瓦时65美元，以实现电动车型和燃油车型的成本平价。此外，日产还计划将全固态电池的能量密度提高到目前Leaf所用锂离子电池的两倍，并将充电时间缩短到三分之一。
2020年，本田公司宣布开发出一种可在约10分钟内完成充电的高能量密度全固态电池。2022年，本田在美国建立首个电动汽车工厂，并向栃木县研究所投资430亿日元，2024年春季投产全固态电池示范生产线。本田认为2020年代后半期全球进入纯电动车普及期，预计从2026年推出“Honda：e-Architecture” 纯电动汽车专用平台，可以支持多种车型，包括紧凑型和大型车辆的电动汽车，届时将搭载全固态电池。
工业设备领域的应用
日本大型电池企业麦克赛尔（Maxell）预计最早将于2026年度开始量产用于工业设备的全固态电池。麦克赛尔社长中村启次表示，“到2030年，我们将向全固态电池投资100亿日元。目标是仅全固态电池一项业务就实现300亿日元的销售额”。该公司意在通过专注于中小型产品并尽快实现产品化，来获得一定份额。
芯片设备领域的应用
2024年，日本某造船业公司宣布，公司制造的全固态锂电池获芯片制造设备商采用，已从芯片设备商接获全固态电池订单，且期待今后将能持续获得来自芯片设备商的订单。该造船业公司表示，公司的全固态电池可在低温及高温环境或是真空下进行充放电，目前主要出货样品给航天产品、芯片设备等用途使用。
航天领域的应用
2022年，日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)与日立造船实现了世界首次在太空中的全固态锂离子电池充放电，采用的电池型号为AS-LiB（140mAh型）；2023年推出了第3款全固态电池试作品AS-LiB，容量为5000mAh，可以在低温、高温环境下或是真空中进行充放电。固态电池的成品不仅可顺利通过针刺实验，在温度-40℃-120℃之间或真空环境下依然可稳定运行工作，据公开信息显示，该产品已在与日本宇宙航空研究开发机构以及NASA的合作中进行了太空使用验证。
无人机、机器人领域的应用
松下与丰田成立了一家固态电池企业Prime Planet Energy & Solutions Inc.，计划2027年开始为丰田提供固态电池。按照松下的规划，到2029年开始向市场推出可用于无人机、工厂机器人的全固态电池。松下在2023年9月公开过一款全固态电池，充电10%-80%只需要3分钟，室温下循环10000-100000次，预计20年代末商用，最有希望率先在无人机上应用。
村田制作所(MURATA)在物联网设备和可穿戴设备领域，应用氧化物全固态电池。从2020年年中开始，村田在位于滋贺县的工厂开始小型高容量全固态电池的生产，规划产量10万个，规格2-25mAh，尺寸为长5-10mm，宽5-10mm，厚2-6mm，计划将其用于助听器、机器人等的位置控制设备以及在工厂中收集环境数据的IoT（物联网）设备等。
日本电气硝子早在2022年开发出了不使用稀有金属的全固态电池，并规划将在2025年前后面向电子设备和机器人等用途实现实用化。2024年3月份，日本电气硝子更新动态，官宣将陆续开始针对全固态钠离子二次电池样品陆续出货，为氧化物路线，3V/200mAh电池，可根据客户提供更大容量的型号。
参考来源：日经中文网、科情智库、汽车纵横、NE时代、知日社区、粉体大数据研究等。
（中国粉体网编辑整理/平安）
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