容量创全球最高水平！日本东工大全固态电池获新突破

界面新闻实习记者 | 罗容

日本东京工业大学将全固态电池容量提升至全球最高水平。

近日，日本东京工业大学特聘教授菅野了次等人组成的研究团队，成功提高了全固态电池的快速充电性能和容量。该研究通过新开发基础材料、重新研究制造工艺等方式得以实现，相关文章发表在美国《科学》杂志上。

全固态电池是一种新型的电池类型。区别于其它电池，没有液态电解液，而是采用聚合物、氧化物或硫化物作为固态电解质。

全球固态电池还处于研究和开发阶段，主要面临的技术难点包括不使用电解液使得其离子导电率大幅降低，影响充电性能；固体电解质之间接触性差，内阻较大等。

日本东京工业大的上述研究，利用高熵材料设计开发了一种高离子导电性的固体电解质，通过增加已知锂快离子导体的成分复杂性，使得锂离子电导率约为传统材料的2.3-3.8倍，从而能缩短电池充电时间。这意味着，影响电池充电性能的指标较当前传统电池相比最多可提高3.8倍，为目前全球最高水平。

此外，研究团队改良了制造工艺，负极采用锂金属代替传统的石墨，使得正极容量按单位电极面积计算较当前提高1.8倍。试制的全固态电池每平方厘米电极的电池容量超过20毫安，这也是全球目前公布的最高水平。

电池容量是衡量电池性能的重要性能指标之一，它表示在一定条件下电池放出的电量，通常以Ah为单位。电池的容量越大，其能量密度也越高。

能量密度是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小，也是电池性能的重要指标。目前采用三元正极材料的锂电池，能量密度最高为350 Wh/kg。

当前动力电池市场上，液态锂电池仍占据主导地位。中国科学院院士孙世刚曾表示，现有锂电池的能量密度已接近理论极限。近十年来，液态锂电池的能量密度已提升2-3倍。相较于液态锂电池，固态电池具有高能量密度、高安全性和长使用寿命等优势，被业界普遍认为是下一代动力电池技术。

2022年，美国航空航天局（NASA）曾宣布，其所研发成功的固态电池的能量密度达到了500 Wh/kg；今年3月，小米宣布在固态电池领域的研发在实验室中取得了三个进展，将固态电池的能量密度突破了1000 Wh/L。

近年来，学术界涌现了一些固态电池的新成果，其中不乏中国科学家。

2021年，来自哈佛大学的华人教授李鑫与其学生叶露涵，研发的新型多层结构锂金属固态电池，可重复使用1万次，充电速度最快3分钟。他们的研究论文于2021年5月发表在《自然》杂志上的相关论文介绍了这种新型固态电池的原理。

2022年，日本横滨国立大学矢部内尚明（Naoaki Yabuuchi）教授领导的科学家团队，研究出一种稳定性极强的新型正极材料，并由此开发除了一种全固态电池。研究成果发表在《自然》刊物的子刊《自然材料》上。

据《光明日报》报道，中国科学技术大学马骋教授研设计并合成了一种新型固态电解质——氧氯化锆锂，其综合性能与目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相当，但成本不到后者的4%，适合进行产业化应用。该研究于今年6月27日发表在国际著名学术期刊《自然·通讯》上。

在固态锂电池产业化道路上，日企较为激进。今年6月初，丰田宣布固态电池商业化的最新规划，最早到2027年，丰田就将向市场投放搭载固态电池的电动汽车，充电不到10分钟即可行驶约1200公里。

日产计划在2028年推出首款搭载固态电池的量产车型；本田规划在2024年启用固态电池的实验生产线，所生产的电池将用于2020年代后半期推出的车型，该生产线的投资将达到430亿日元（约合21亿元人民币）。

目前，中国也有多家电池企业、整车企业以及科研院所等，纷纷布局固态电池产业链上下游。但基于全固态电池的技术难度和高成本，中国企业大部分采取从半固态再到固态的渐进式研发路线，目前公布进展多集中在半固态电池上。

据不完全统计，A股市场上，布局固态电池产业的上市公司超过60家，以宁德时代(300750.SZ)、赣锋锂业(01772.HK)、卫蓝新能源、清陶能源等为代表，均已实现半固态电池产业化。

半固态电池是混合固液锂电池，电芯中含有一部分的液态电解质，含量占比在5%-10%左右。

卫蓝新能源今年7月初向蔚来汽车交付了首批半固态电池电芯，其能量密度为360 Wh/kg。

清陶能源在今年初披露，与上汽集团合作研发的半固态电池年内将应用于上汽集团自主品牌新款车型，续航里程在1000公里以上，并计划在2025年实现大规模量产。

据高工锂电数据，2022年中国固态电池出货量约为0.4 GWh。

中邮证券表示，固态电池当前处于起步阶段，产业化仍需时间。预计2030年中国固态电池出货量将达251.1 GWh，市场规模有望达200亿元。