日企领跑全固态电池,抢先拼电解质量产
日本的材料厂商着眼于纯电动汽车（EV）用全固态电池的普及，已开始推动量产核心部件“电解质”。AGC凭借把生产时间缩短至此前10分之1的新技术加入竞争，最早将于2027年实现商业化。出光兴产将让用于验证的第2工厂投入运行，通过与丰田的合作加快量产。全固态电池有可能大幅提高纯电动汽车的性能，其关键零部件的竞争将变得更加激烈。
AGC在汽车玻璃领域排在世界第1。在横滨技术中心的一角，熔解后黏稠的黑色液体从熔炉中流出。在1000度以下的炉中熔解硫化锂和五硫化二磷等最多10种原料、使之均匀混合的研究正在被推进。液体冷却后，就会产生用于全固态电池的黄色硫化物类的固态电解质。
应用玻璃技术，力争后来居上
“虽然是后来者，但这是完全可以反超的新技术”，AGC的高级经理冈畑直树这样表示。AGC于9月宣布，将开展“硫化物固态电解质”业务。电解质会明显影响纯电动汽车用全固态电池的性能。
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AGC利用新技术将“硫化物固态电解质”的生产时间缩短为此前的10分之1（照片为横滨技术中心） |
全固态电池被认为是纯电动汽车的新一代电池的首选，汽车企业等竞相推进研发。丰田希望通过10分钟以内的充电，实现现有纯电动汽车2倍以上的续航里程（1200公里），正在推进开发，力争在2027～2028年实现商品化。
在固态电解质领域领跑的出光兴产等日本企业早在20～30年前就开始进行研究和实际验证。AGC的研发还不到4年，但是9月以后“反响很大，世界各国的企业都来咨询”（该公司）。带来冲击的是AGC加快量产速度的新生产技术。
电解质负责在电极之间运输锂离子。现在主流电池的电解质是液态，但全固态电池将改为固态。如果使用固态硫化物，离子比在液态中更容易通过，电池的输出功率会提高。此外，由于更加耐受温度变化，电极材料的自由度随之提高，“充电时间缩短”“续航里程延长”“电池小型化”将成为优势。
耐久性和生产成本阻碍普及
但是，由于硫化物的固态电解质在化学性质上不够稳定，要用于纯电动汽车，“耐久性”和“生产成本”成为主要障碍。此外，此前采用的把原料混合起来的合成方法很难使多种原料均匀混合。
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AGC进入市场的契机是想到可以应用在100多年的玻璃业务中积累的熔解技术。在生产玻璃时，需要在最佳条件下熔解多种原料、使其均匀固化，AGC在这一技术上具有优势。
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。AGC的高级经理冈畑直树表示：“面向需要大量电解质的汽车，能够切实降低生产成本”。
日本科学技术振兴机构的估算显示，全固态电池的生产成本达到采用液态电解质的锂电池的4～25倍，电解质在材料成本中占到76%。如何降低电解质的量产成本，成为使用全固态电池的纯电动汽车普及的关键。
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AGC开发的全固态电池的电解质 |
此外，对于在合成中难以混合的原料，采用新技术后也可以更容易使用，使电解质的组成更加多样化。用于电解质的锂具有很高的稀有价值。AGC还寻求利用从品质不同的废旧电池中回收的原料。计划到2025年设置大型试验设备，在2027～2028年之前实现商业化，到2030年实现每年100亿日元的营业收入。
还出现了瞄准市场投放的合作。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10月与丰田就全固态电池的量产开展合作。通过从材料到电池产品的一贯制开发提升速度。出光兴产的社长木藤俊一表示：“将解决（纯电动汽车用户）对续航里程的担忧、充电时间长等课题”。
携手丰田从材料到电池产品展开一贯制开发
大型石油批发商出光兴产把高性能材料作为增长领域，还具有材料厂商的一面。在位于千叶县袖浦市的次世代技术研究所，7月生产验证用固态电解质的第2工厂投入运行。到2027年度，还将在千叶县内的其他地点新建主要向丰田供货的量产设备。出光兴产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。
与此同时，三井金属也是先行者。该公司拥有控制微观水平的粉体粒子、生产固态电解质的技术。洽购不断增加，在2023年2月决定把验证用产能翻一番。
日本的大型材料企业正在为最快2027年启动量产而加紧准备。丰田计划最早在2027年推出搭载全固态电池的纯电动汽车。日产也计划在2024年之前建立试制生产线，到2030年在日本国内销售搭载全固态电池的纯电动汽车。
随着电解质变成固态而受到期待的是影响能量密度的电极的变化。日本名古屋大学的客座教授佐藤登认为，“如果负极能使用金属锂等，电池性能将得到飞跃性提高”。
英国调查公司IDTechEx估算称，到2033年全固态电池的全球市场规模将达到80亿美元。
电池明显关系到纯电动汽车的续航里程、充电时间、使用寿命、安全性等。日本汽车企业在纯电动汽车销售方面起步较晚。能否利用全固态电池，提供消费者追求的纯电动汽车的新价值？材料企业的量产技术也正受到考验。
日本专利申请量居首，海外企业也在崛起
日本在全固态电池方面领先。数据分析公司Astamuse的资料显示，从相关专利的申请数量（2011～2022年累计）来看，日本排在首位，接近第2位的中国的2倍。从基于质量的“综合专利实力”来看，日本也位居榜首。从企业来看，丰田、松下控股、出光兴产跻身前列。
但竞争很激烈。三星电子等韩国企业在专利方面崛起，美国、德国、中国也将扩大政府支援。
此外，中韩企业还将积极发展电解质呈凝胶状、生产线与现有电池基本相同的“半固态电池”等。东京工业大学的特聘教授菅野了次针对中国指出，“为了尽早提高性能，（中国）将推进容易实用化的研究”。
锂电池由日本企业旭化成发明，1991年索尼集团在世界上首次实现了商品化。随着“便携式（portable）”一词流行起来，锂电池在手机等小型设备上得到普及。还扩展到汽车领域，各类企业参与进来，性能飞跃式提高。
日本的材料厂商拥有多样化的技术基础，但潮流取决于市场。要实现最佳性能和成本，企业的合纵连横不可或缺。
日本经济新闻（中文版：日经中文网）藤生贵子、冲永翔也
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