把純電動(dòng)汽車(chē)（EV）鋰電池的性能提高至極限的措施正在推進(jìn)。美國(guó)初創(chuàng)企業(yè)和日本軟銀分別在電極材料方面下工夫，拿出了把電池能量密度增至此前2倍的時(shí)間表。純電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航距離也將隨之延長(zhǎng)。力爭(zhēng)2022年以后實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)用于被視為新一代電池首選的全固態(tài)電池的可能性也很高，開(kāi)發(fā)競(jìng)爭(zhēng)正日趨激烈。
以純電動(dòng)汽車(chē)鋰電池為例，目前的能量密度為400～600瓦時(shí)/升，滿電續(xù)航距離被認(rèn)為在200～400公里左右。比不上加油1次行駛600公里以上的汽油車(chē)。
被視為新一代電池首選的是全固態(tài)電池。這種電池把電解質(zhì)由鋰電池等使用的液體改為固體。不易起火，安全性更高，而且能實(shí)現(xiàn)小型化，可將能量密度提高至2倍以上。不過(guò)在目前，仍未找到發(fā)揮充分性能的最佳材料組合。被期待2020年代前半期實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。
作為那之前的“過(guò)渡性產(chǎn)品”，把鋰電池性能提高至極限的改進(jìn)正在被推進(jìn)。研究人員在正極和負(fù)極的材料方面下工夫，尋求把能量密度增至2倍以上。將來(lái)，如果借助積累的技術(shù)，改進(jìn)全固態(tài)電池的電極材料，在新一代純電動(dòng)汽車(chē)競(jìng)爭(zhēng)中也有望顯示存在感。
近年來(lái)尤其受到關(guān)注的是負(fù)極。為了能儲(chǔ)存更多鋰離子，向普通材料石墨中加入硅的方法接近實(shí)用化。
美國(guó)初創(chuàng)企業(yè)Enevate Corporation將在2022年開(kāi)始生產(chǎn)能量密度提高至此前約2倍、達(dá)到每升800瓦時(shí)的鋰電池。據(jù)稱(chēng)確認(rèn)具備可充放電1千次以上的足夠耐久性。
首先將面向電動(dòng)自行車(chē)等推進(jìn)商品化。計(jì)劃增加產(chǎn)量，到2025年用于純電動(dòng)汽車(chē)。據(jù)稱(chēng)通過(guò)5分鐘的快速充電，可行駛約400公里距離。該公司創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官（CTO）Benjamin Park表示，“已從投資者獲得近2億美元。包括試驗(yàn)生產(chǎn)線在內(nèi)，將討論擴(kuò)建設(shè)施”。
圍繞負(fù)極材料加入硅的鋰電池，美國(guó)西北大學(xué)和源自美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的初創(chuàng)企業(yè)NanoGraf到2022年也計(jì)劃實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。預(yù)計(jì)能量密度也為800瓦時(shí)/升。生產(chǎn)由其他企業(yè)負(fù)責(zé)。將面向移動(dòng)終端電子元器件銷(xiāo)售，到2025～2030年面向純電動(dòng)汽車(chē)實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。
美國(guó)初創(chuàng)企業(yè)Enovix也在推進(jìn)同樣的研發(fā)。自2022年起，面向智能手機(jī)和個(gè)人電腦生產(chǎn)負(fù)極采用硅的鋰電池。
此外，把負(fù)極材料從碳改為金屬鋰的措施也在推進(jìn)。能儲(chǔ)存更多鋰離子，電池能量密度將隨之增加。
軟銀和美國(guó)Enpower Greentech在2021年10月宣布，開(kāi)發(fā)了1100瓦時(shí)的蓄電池。不易劣化，即使進(jìn)行100次充放電，仍保持88％的能量密度。力爭(zhēng)到2023年以后面向小型無(wú)人機(jī)等實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。將來(lái)考慮用于純電動(dòng)汽車(chē)。
美國(guó)初創(chuàng)企業(yè)PolyPlus也開(kāi)發(fā)了負(fù)極采用金屬鋰的蓄電池。能量密度為1200瓦時(shí)，可進(jìn)行數(shù)百次充放電。該公司表示，“力爭(zhēng)用于無(wú)人機(jī)、家電產(chǎn)品乃至純電動(dòng)汽車(chē)”。
車(chē)載電池需求將隨著純電動(dòng)汽車(chē)普及而增大（REUTERS）
材料的改進(jìn)還在正極領(lǐng)域被推進(jìn)。其中，提高稀有金屬鎳的摻入比率的“高鎳型”電池的開(kāi)發(fā)很活躍。日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)的魚(yú)崎浩平表示，“蓄電量增加，電壓提高。不過(guò)如果過(guò)度增加鎳，穩(wěn)定性將下降”。據(jù)稱(chēng)中韓兩國(guó)的企業(yè)等已啟動(dòng)量產(chǎn)。
近年來(lái)，把廉價(jià)的硫磺用于正極的措施也在推進(jìn)。日本GS Alliance將在2022年開(kāi)始試銷(xiāo)售正極采用硫磺和碳的復(fù)合材料的電池。據(jù)稱(chēng)負(fù)極采用金屬鋰，能量密度達(dá)到此前鋰電池的2倍以上。
新材料的課題是耐久性。以GS Alliance的新電池為例，社長(zhǎng)森良平表示，“使用30～40次后，能量密度就將減半”。目前的鋰電池可進(jìn)行約4千次充放電，使用10年時(shí)間。
如果往電極材料中加入硅和硫磺等，存在只要重復(fù)進(jìn)行充放電，電極發(fā)生變形或化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的異物可能導(dǎo)致短路。企業(yè)和大學(xué)正在對(duì)電極材料的形狀和結(jié)構(gòu)下工夫，推進(jìn)提高耐久性的研究。
脫碳化趨勢(shì)推動(dòng)需求增加，日本國(guó)內(nèi)企業(yè)“賴(lài)以依靠”的是開(kāi)發(fā)能力
隨著邁向脫碳化，純電動(dòng)汽車(chē)的需求正在增加，蓄電池市場(chǎng)也有望持續(xù)擴(kuò)大。英國(guó)調(diào)查公司IDTechEx的數(shù)據(jù)顯示，純電動(dòng)汽車(chē)鋰電池的市場(chǎng)規(guī)模2021年為473億美元，到2030年有望增至1993億美元。
瑞穗研究技術(shù)(Mizuho Research & Technologies)的高級(jí)主任經(jīng)濟(jì)學(xué)家山本武人表示，如果高能量密度的改進(jìn)型電池等實(shí)現(xiàn)實(shí)用化，“將推動(dòng)純電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)一步普及，市場(chǎng)將進(jìn)一步加速擴(kuò)大”。
不過(guò)從實(shí)際份額來(lái)看，日本被中國(guó)和韓國(guó)遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在后面。韓國(guó)調(diào)查公司SNE Research的統(tǒng)計(jì)顯示，從2021年1～8月的純電動(dòng)汽車(chē)電池的全球份額來(lái)看，首位為中國(guó)寧德時(shí)代新能源科技（CATL），達(dá)到30.3％，第2位是韓國(guó)LG能源解決方案（24.5％），第3位是松下（13.3％），第4位是比亞迪（7.7％）。韓國(guó)SK創(chuàng)新（5.4％）排在第5位。
日本零部件企業(yè)的份額也在下滑。截至2010年代中期，正極、負(fù)極、電解液和隔膜等4種主要零部件大多為日本制造，但現(xiàn)在首位寶座全部被中國(guó)奪走。
日本依靠的是新一代電池的開(kāi)發(fā)能力。歐洲專(zhuān)利局和國(guó)際能源署（IEA）2020年發(fā)布的報(bào)告顯示，從2018年有關(guān)電池技術(shù)的世界專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)來(lái)看，松下和日立制作所等日本企業(yè)占到3分之1，數(shù)量最多。據(jù)稱(chēng)2014～2018年申請(qǐng)的全固態(tài)電池專(zhuān)利數(shù)的54％來(lái)自日本。日本能否發(fā)揮這種優(yōu)勢(shì)、開(kāi)發(fā)出劃時(shí)代的新型電池，掌握“后鋰電池”時(shí)代的主導(dǎo)權(quán)？企業(yè)的認(rèn)真程度受到考驗(yàn)。
本文來(lái)自微信公眾號(hào) “日經(jīng)中文網(wǎng)”（ID：rijingzhongwenwang），作者：草鹽拓郎、三隅勇氣、北川舞，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。
