日本软银公司于2021年3月15日宣布，将于今年6月设立“下一代电池实验室”，对下一代电池进行评估和验证。实验室设立在从事环境试验设备的日本爱斯佩克（ESPEC）的电池安全认证中心内（枥木县宇都宫市）。

软银为了开发下一代电池，与日本物质材料研究机构、产业技术综合研究所（产综研）、电池的材料制造商、电池制造商、大学等都有合作。但直到目前，电池的评估和验证一直是委托第三方机构进行，投入的时间和成本均有所限制。通过此次设立下一代电池实验室，软银试图加快开发速度。

软银公司的开发重点在于电池的高能量密度（Wh/kg）化。在一般的电池开发中，通常优先考虑电池的长寿命化，可多次充电，其次才是提高能量密度。软银先端技术开发总部先端技术研究室室长西山浩司先生表示：“高密度和长寿命两者不可兼得，两者同时实现需要花费大量时间。我们主张先提高能量密度再追求寿命提升。”

比起现有的轨道，软银更重视尽快实现高质量能量密度

软银已试制出了质量能量密度为450Wh/kg的电池，并确认硬币型锂对称电池（实验室测量用电池）连续工作500小时后依然能保持低电压。该电池的负极使用了锂金属。

虽然锂金属负极存在充放电时会产生枝晶，导致短时间内电池容量减少的问题，但软银与共同研究的合作伙伴——Enpower Greentech协力解决了这个问题。通过在锂金属表面涂覆一层极薄（10nm以下）的涂层，防止电解液和锂金属直接接触，从而形成稳定的固态电解质界面。预计该电池的循环寿命可与手机电池匹敌。

西山先生对高密度化的实现充满了信心：“以前，我们跟电池制造商和材料制造商讨论我们所设想的电池的高密度时，被笑话‘这是遥远的未来的事情’，但是现在他们的态度在慢慢改变。”

对于开发出的下一代电池，软银将不自己制造，而是委托给电池制造商生产。目前软银并没有和特定的企业关于委托生产达成协议，而是致力于开发更多的下一代电池的选项。软银先端技术开发总部先端技术研究室负责人齐藤贵也表示：“软银并没有成为电池制造商的打算，电池的生产利润率很低。另外，电池制造商迭代快速，现在很难决定下一代电池开发完成时的合作伙伴。只要能为软银生产电池的，我们都会积极开展合作。”

“比起寿命更注重质量能量密度”的电池适用于哪类产品？

软银为研究开发的下一代电池设想的目标用途是平流层通信平台“HAPS（High Altitude Platform Station”（※）、物流用无人机、“空中出租车”等新领域。其中HAPS用电池设计规格为可供飞行半年，充放电周期达200个循环。并且，软银不会马上进入如电动汽车（EV）等重视长寿命的领域。

（※）在高度20km左右的空域中，放飞搭载通信基站设备的无人飞机。无人飞机通过太阳能板发电，确保螺旋桨和基站的电力。

物流用无人机和空中出租车想要在空中飞行，不仅需要轻量化，而且西山先生还提到“要满足充一次电可飞行1小时”，这可以通过电池的高密度化实现。想要确保飞行1小时，无人机用电池的质量能量密度必须要达到500Wh/kg，而以时速120km飞行的空中出租车用电池的质量能量密度必须要达到400Wh/kg。

随着电池能量密度的提高，家用蓄电池也可实现小型化和轻量化。以一个5口之家1天需要15kWh的蓄电池，假设重量能量密度达到1000Wh/kg的话，蓄电池重量就能减小到30kg（重量能量密度250Wh/kg时，电池重120kg）。如果家用蓄电池继续普及，将有望实现电力需求和可再生能源发电量平衡的能源管理。

比起长寿命更注重质量能量密度，可预见的问题是，与目前的锂离子电池相比，如何实现回收再利用。对于这一点，齐藤先生表示：“回收利用的处理方法根据材料的不同而有很大的差异，目前还处于观望阶段。现有的无机物回收再利用需要采用硫酸等高环境负荷和高成本的处理方式，但如果是有机材料的话，可以用溶剂在低温下提取再利用，这样回收再利用的难度有望降低。”

实现质量能量密度达到1000Wh/kg的6大技术

软银计划通过几个阶段实现能量密度1000Wh/kg：首先，负极采用锂金属，实现550Wh/kg的质量能量密度；第二阶段，采用新材料作为正极材料和电解质，在采用新材料的过程中，降低正极、负极和隔膜的孔隙率，从而“减少无用的部分”（齐藤）。

软银追求的下一代电池构成

根据目标质量能量密度，采用的技术会发生变化。质量能量密度达到500Wh/kg（上）；质量能量密度达到600~1000Wh/kg（下）

在这些尝试中，软银拥有6项关键技术。第一项是已经开始取得成果的锂金属负极。不向电解液中添加添加剂，而是通过表面处理来防止枝晶。

第二项是集电体的轻量化。集电体占电池重量的21%，集电体的轻量化也有助于减少电池本身的重量。铜集电体占电池重量的15%，但过于减小其厚度会出现断裂。对此，软银正在开发无铜铝合金箔和树脂箔。由此，电池的能量密度可以提高10%。

锂金属负极（上图）和轻量集电体（下图）

在提高质量能量密度的第二阶段，正极活性材料以轻元素为主要骨架，这是第三项关键技术。具体而言，除了无钴或减少钴使用量的无机材料之外，还在探讨廉价的有机材料以及零成本的空气。质量能量密度600Wh/kg的电池中采用下一代无机正极材料，800Wh/kg以上的电池中采用下一代有机正极材料。另外，关于正极材料中使用硫的锂硫电池，虽然目前正在讨论中，但是因为已经有企业先行一步，所以齐藤先生表示“我们在观察这些企业的动向，如果有所成果的话，软银也会展开相关研究”。

电解质采用高浓度的电解液或固态电解质，可以实现高密度化和安全性，这是第四项技术。电池的构造也将随之改变。现有的电池是将单电池堆叠的层叠型，在质量能源密度达到800Wh/kg之前都可以采用层叠型，但要达到质量能源密度1000Wh/kg，则需要采用双极结构，这是第五项关键技术。轻量集电体和有机正极材料、双极结构直接关系到成本降低。

正极活性材料（上图）和电解质（下图）

与层叠型相比，双极结构可以减少接线片、引线、壳体等部件，实现小型轻量化，减少了生产工序，进而降低成本。另外，由于电阻减少，所以也可以实现高电池效率。但是，双极结构使用液体电解质时会发生短路，所以必须要用固态电解质。此外，保持单电池内部均一性的生产技术也不可或缺。其他障碍还包括使用新材料实现高难度的双极结构。软银计划花时间解决这些问题。

第六项关键技术是减少正极活性材料和导电辅助材料、粘结剂等之间的间隙。通过减少对电池容量没有贡献的死角，能够提高电池容量，但是技术上实现的难度很高。对此，首先采用固态电解质从而减少粘合剂用量，同时减少导电辅助材料的用量。另外，过往基于锂离子的导电性，规定电池内必须确保电解液的空间，而固态电解质的锂离子导电性是电解液的几倍到十倍倍，根据用途的不同，可以进一步减少死角。和双极构造一样，该技术的开发是一场持久战。

双极结构（上图）和减少正极死角（下图）

上述技术方向均优先提高电池能量密度，即使循环寿命较短，也要推出产品。齐藤先生表示：“长寿命化在实现高密度化后再过几年就能解决。实现长寿命后，软银也会加入EV车载电池领域。”

揭秘：软银公司下一代电池比起寿命更注重质量能量密度的原因