昨天谈到从当今主流电池之一的锂离子电池向全固态电池的转换，今天将结合最新研究介绍固态电池的一些特征。

本篇文章为日本网络媒体《FOUND》对长年从事于电池研究的金村圣志教授的采访。

金村圣志

首都大学东京（2020年4月起更名为东京都立大学）研究生院都市环境科学研究科，都市环境科学专业，环境应用化学领域教授。1980年毕业于京都大学工学部工业化学专业，1987年取得京都大学工学博士。1995年就任京都大学大学院工学研究科物质能源化学专业副教授。2002年就任东京都立大学大学院工学研究科应用化学专业教授，2010年就任首都大学东京大学院都市环境科学研究科都市环境科学环分子应用化学领域教授。2018年开始担任首都大学东京研究生院都市环境科学研究科的都市环境科学专业环境应用化学领域教授。专业领域包括陶瓷化学、电化学、能源化学。

目录

固态电池能避免起火、爆炸等事故

固态电池的出现将改变商业模式

能最快实现的是小型固态电池

固态电池能避免起火、爆炸等事故

——提高能量密度时，技术上的难点的是什么？

金村：“所谓提高能量密度，也就是说，在小的地方积蓄大的能量，和炸弹一样。”

——炸弹？

金村：“是的。炸弹把化学能量储存在一个很小的空间里，并使其瞬间释放出来，电池也是把电能储存在一个很小的空间里，这一点两者是一样的。虽然我们能够通过控制使能量不在瞬间释放，但也存在因某种原因产生爆炸性反应的可能性。”

——有时会看到有关智能手机和电池的爆炸事故的新闻。金村：“在技术上已经确立了防止电池爆炸的对策，例如，现在的设计中，智能手机自身的最大电流值减小。另外，电池一旦开始发热，电源就会自动断电。温度控制很重要的原因正是由于电解质是有机物，有机物会过热、点燃并爆炸。只要电解质中使用了有机物，就无法避免上述问题。虽说如此，按照目前的技术水平，虽然可能存在‘为什么现在还会燃烧？’之类的疑问，但智能手机的电池爆炸基本上不可能发生了。”

——有没有不会起火、不会爆炸的电解液？

金村：“有几种，其中之一就是‘固体电解质’。”

固态电池的出现将改变商业模式

——电池终于实现了“固体”化。 金村：“固体电解质不可燃，所以可以安全使用。另外，由于锂离子电池使用的是有机物，所以为了避免蒸发，必须进行严密的层积加工。与之相比，固态电池具有很多制造工艺上的优点，比如只需保持不与外界接触即可。” ——这应该也会对整体的生产成本产生影响吧。 金村：“是的。当使用有机物质作为电解质时，可以获得4伏特的电压，但是对于多数固体电解质而言，施加5伏特的电压下也毫无问题，这也就意味着性能会更稳定，产品的使用寿命也会延长。如果电池老化速度很快的话，是无法在电动汽车中使用的。”

——对于研究人员来说，想开发出使用寿命更长的电池，而制造商却不喜欢这种更换周期变长的电池，两者之间是否会产生对立？ 金村：“这一问题可以通过改变商业模式来解决。换句话说，只需创造出一种电池寿命越长，利益越高机制即可。” ——例如？ 金村：“比方说只出租电池而不出售电池的方法，也就是电池（能量）的共享。这样，既可以充分利用研究结果，制造商也能从中受益。” ——各个领域都在说“未来是共享的时代。” 金村：“目前的状态下，浪费太多了。汽车的使用率仅为10％，也就是说每十天只需开一天，其余时间不需要使用时，只是单纯地放在那里。因此，不仅电池，如果可以将电动汽车整体共享就好了。这样的话还可以产生另一个好处，也就是可以进行更合理的管理。管理到位的话，可以进一步延长电池寿命，提高安全性。如果将维护交给用户的话，不仅是电池，控制电池的电路也可能出现故障。实际上，美国特斯拉公司的电动车就曾经发生过控制电路异常，引起电池起火的事故。” ——针对电动汽车和自动驾驶等，在汽车本身高科技化的时代，谁将对事故负责？ 比如说电池起火的情况下，责任是属于汽车制造商和电池制造商，还是属于电气设备制造商？ 金村：“这确实是个问题，目前相关法律还尚未完善。为了降低这些风险，有必要开发出几乎不会着火或爆炸的固态电池。”

能最快实现的是小型固态电池

——“固态电池”和“全固态电池”，两者有什么不同？ 金村：“两者是一样的，只是为了早日实现固态电池的实用化，会在固态电池中掺杂少量阻燃性液体，硬要区分的话也可以称作“模拟固态电池”，全固态电池则是在强调完全没有混合液体。”

——所以可以说这是一种尚在发展中的技术吧？ 金村：“利用现在的技术也可以制造出不掺杂液体的小型固态电池，而且可以应用于苹果手表之类的可穿戴终端等。虽然距离商品化还有许多亟待解决的课题，但是TDK和村田制作所等多家制造商正在推进 “固态电池”的开发，并且关于标准化已经开始进行商谈（※采访后的2019年6月，村田制作所宣布将从2020年开始量产面向可穿戴终端的全固态电池），但是，想要增大电池的尺寸难度仍然很大。” ——为什么和尺寸有关系呢？ 金村：“因为固态电池的电解质是陶瓷制的薄片。陶瓷片的厚度只有头发丝那么厚（50μm），如果厚度太大的话，陶瓷片本身的电阻会过大，因此必须保持薄片化的状态，然而薄片又很容易破损，当将其安装在汽车上时，如果很快就破损的话，是没有办法使用的。” ——大型固态电池的开发还需要一段时间吧？ 金村：“是的。目前我们正在追求类似大型固态电池‘双极性技术’的可能性，通过将汽车的电池等小型电池串联起来，得到高电压。

迄今为止，只能从外侧用导线将电池连接起来。但是，对于固态电池，我们发现只需将电池堆叠在一起，即可产生和串联方法相同的效果，这就是“双极性技术”。即使单电池有100层，也可以 “像一个电池一样”操作，而且破损的可能性也会大幅下降。” ——使用方便的话，用途也会更广。 金村：“确实，关于大型固态电池，成本方面和安全方面还有很多课题，而小型固态电池不仅能量密度高，安全性也可以得到保障。另外，大型固态电池材料成本高，而小型固态电池虽然在制造成本方面可能较高，但在材料成本方面几乎不成问题。出于这样的理由，小型固态电池会更快普及。” 通过这次采访，我们了解到全固态电池备受瞩目的最大理由是能够减少起火和爆炸等事故的发生，由此产生了各种各样的商业机会。明天将介绍日本全固态电池的研究进展如何，敬请期待！

（未完待续）

参考日本报道原文：https://found.media/n/n5b3635ec0db5

全固态电池是什么？| 首都大学东京教授 金村圣志（中篇）

全固态电池是什么？| 首都大学东京教授金村圣志（中篇）