摘要：全固态电池使用固态电解质，具有能够降低火灾事故发生的风险以及能够省去电池的冷却系统等优点，因此其实用化备受关注。本文为日本名古屋大学客座教授、ESPEC公司高级顾问——佐藤登对于当前全固态电池开发的一些个人见解。

当前，车载电池多用锂离子电池（LiB），然而关于电动汽车（EV）用锂离子电池，其性能正在接近极限。因此，目前使现有的液态锂离子电池固态化的“全固态电池”的实用化备受关注。简单来说，全固态电池即用“固态电解质”代替现有电池构成材料中的“隔膜”和“电解液”。

关于全固态电池备受关注的理由，其一是能够降低火灾事故发生的风险。现有的锂离子电池使用可燃性溶剂的电解液，在一定条件下容易导致火灾事故。而使用不燃性固态电解质代替电解液能够减低风险。其二是有可能省去电池的冷却系统。液态电池的工作温度范围为-30~50℃，特别是在超过50度的高温下，电池的劣化加速。与此相对，固态体电解质可应对100度的高温，而且高温下离子导电率也会变大，性能也会提高。因此，可以省去电解液电池中所需的电池冷却系统，有望实现电池系统的小型化。

（图片均来自网络）

面临安全性和成本的课题

当前的全固态电池开发中，仍使用现有锂离子电池中所用的正极材料——“三元材料”（NCM＝镍·钴·锰）和负极材料的“石墨”。

实际上仅仅如此并不能提高电池电压，但是，如果能开发成功的话，就能进入下一个阶段。也就是说，在液态电池中无法使用的表现高电位特性的正极材料以及能将能量密度提高到最大级的“负极用金属锂”将能够得到利用。如此一来，可实现电池性能的飞跃提升，能够最大限度地发挥全固态电池的特性。

但是，面临的课题有很多。目前，固态电解质的开发是以东京工业大学的菅野了次教授和丰田汽车开发的硫化物为前提开展的。

民用小型电池中已实现氧化物固态电解质的实用化，但其离子导电率远小于硫化物固态电解质，不适用于车载电池。

硫化物固态电解质所面临的课题是，因为含有硫元素，所以当电池制造工序或汽车的碰撞中电池进水时，会有产生对人体有害的硫化氢的风险。

控制硫化氢产生的技术正在开发中，但如果考虑到材料的成本和电池制造工序的成本，则全固态电池的成本上升将无法避免。

目前可批量生产固态电解质的厂家并不多，虽然如此，但随着开发的推进，生产厂家增多，成本降低也指日可待。

丰田开发阵容雄厚

在全固态电池开发方面，日本处于领先地位，丰田的开发计划如下。

该公司计划在2020年代前半实现搭载全固态电池的EV的实用化，并于今年内发布原型车。

2010年，笔者在从事电池开发的韩国三星SDI担任董事，曾与丰田东富士研究所的全固态电池研究开发负责人交换过意见。

当被问及“10年后的2020年，全固态电池能实现实用化吗？”，对方回答称：“我们公司的领导层可等不到那个时候”。

我接着问“17年左右呢”，他回复：“大概是那个时候”。今天已经离2017年又过去了4年，全固态电池的实现仍然十分困难。据说丰田已投入300人以上的人员参与研究开发工作。

丰田于2020年4月1日，与松下成立车载方形金属罐锂电子电池合资公司Prime Planet Energy and Solutions（泰星能源解决方案有限公司），该公司应该也会推进全固态电池的开发。

另一方面，日产汽车计划于2028年在真车上安装全固态电池。

笔者所就职过的本田公司也正在开发全固态电池，但目前问题堆积如山，还无法公布实现实用化的时间。

名古屋大学客座教授、ESPEC公司高级顾问

佐藤登

2021年各公司在生产体制方面的动向

三井金属和出光兴产正在大力开发作为核心材料的“固态电解质”。

三井金属预计在今年内，完善年产数十吨规模的生产体制，以满足电池试制需求。该公司着眼于全固态电池在基础设施和医疗上的应用，与麦克赛尔公司合作加快开发。该公司的固态电解质是陶瓷基（Li-P-S-Cl）晶质，同时加快了车载用电池的开拓。虽然在离子导电率上无法赶上丰田主导的固态电解质（Li-Si-P-S-Cl基晶质），但其积极与汽车厂家和电池厂家合作以实现实用化。

出光兴产也将在千叶县市原事业所配置生产设备，并于今年内投入使用。该公司拥有硫化锂（Li2S）的高纯度制造技术，该材料被用作硫化物固态电解质原料，积累了10多年的研究经验。

韩国和中国企业也瞄准全固态电池领域，准备参与其中。

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