日本大阪公立大學(xué)開發(fā)了一種新材料，用于制造全固態(tài)電池的固態(tài)電解質(zhì)。在不使用資源分布不均的稀有金屬鱘的前提下，它實現(xiàn)了純電動汽車。（EV）所需的部分性能。在全固態(tài)電池投入實用進(jìn)入倒計時的背景下，新材料的研發(fā)探索取得了進(jìn)展，經(jīng)濟(jì)安全得到了保障。

電池的性能基本上取決于電極材料和電解質(zhì)。全固體電池用固體電解質(zhì)代替普通鋰電池的有機(jī)溶劑電解液。由于有機(jī)溶劑易燃，如果將電解質(zhì)改為固體，可以降低電池的火災(zāi)風(fēng)險，提高安全性。

同時，全固態(tài)電池也可以在高溫下工作，所以不需要冷卻裝置。估計目前鋰電池的能量密度(單位體積儲存的能量)會達(dá)到2。～3倍。

一些汽車公司提出了在20世紀(jì)20年代后半段實現(xiàn)全固態(tài)電池產(chǎn)品化的目標(biāo)。雖然目前還沒有公布詳細(xì)的開發(fā)情況，但預(yù)計投入實用的全固態(tài)電池在極端溫度下的工作和快速充電性能將超過鋰電池。

自2010年代東京工業(yè)大學(xué)特聘教授菅野和豐田發(fā)布新電解質(zhì)以來，人們對全固態(tài)電池的期望也隨之上升。固態(tài)電解質(zhì)由含硅材料組成，體現(xiàn)電池性能的離子電導(dǎo)率指標(biāo)高于液態(tài)電解質(zhì)。

中國占全球總產(chǎn)量的6?！?0%。從2023年8月開始，中國將實行出口管制。此外，浣熊還被用來制造太陽能電池和光纖，這是一個普遍的需求。如果全固態(tài)電池想要普及，就需要找到浣熊的替代材料。傳統(tǒng)鋰電池已經(jīng)存在鋰等資源風(fēng)險，相同的資源風(fēng)險將加入到整個固態(tài)電池中。

大阪公立大學(xué)的林晃敏教授和其他人利用鋰、磷和硫的化合物制造了不含硫的固體電解質(zhì)，并將電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率提高到了制造純電動汽車所需的水平。

雖然以前用同樣的材料研制過固體電解質(zhì)，但是這項研究改進(jìn)了晶體結(jié)構(gòu)，使其電導(dǎo)率提高到以前的一萬倍。另外，此前也有報道稱，固態(tài)電解質(zhì)已經(jīng)達(dá)到了純電動汽車的水平，但是這項研究采用了更穩(wěn)定的材料，更容易制造。另外，在這項研究中，硫、磷等相對低成本原料的使用比例非常高，材料成本也可以降低。林教授說：“我們生產(chǎn)廉價、高性能、高耐久性的固體電解質(zhì)”。

東京工業(yè)大學(xué)特聘教授菅野研發(fā)固體電解質(zhì)的先驅(qū)，也提出了很多改用錫和硅的電解質(zhì)報告，正在探索不使用稀有金屬等昂貴材料的生產(chǎn)方法。

使用壽命是整個固體電池投入實用性的主要問題。隨著反復(fù)充放電，電極材料會膨脹收縮，導(dǎo)致固體電解質(zhì)與電極的后續(xù)點分離，使離子難以移動。現(xiàn)有的鋰離子車載電池可以承受1000多次充放電，但目前整個固體電池的使用壽命只有幾十到幾百次。

金村圣志，東京都立大學(xué)名譽(yù)教授，專注于“軟電解質(zhì)”的研究。它是一種不易破裂的電解材料，能吸收電極材料的膨脹或收縮等變化，使電解材料與電極之間不易產(chǎn)生間隙。這種材料由硼、碳、鋰等元素組成，不含其他稀有金屬，如釩。在反復(fù)充放電200次左右后，金村名譽(yù)教授試制的直徑為1.4厘米的硬幣大小的電池電量基本沒有下降。

雖然在研究階段嘗試使用各種新材料，但大多數(shù)設(shè)備在充放電幾十次后無法維持其性能。金村名譽(yù)教授強(qiáng)調(diào)，“這種新材料是一種潛在的替代材料”。

東京農(nóng)業(yè)工業(yè)大學(xué)名譽(yù)教授直井勝彥和巖間悅郎副教授的研究團(tuán)隊也報告了新材料。據(jù)說它是由容易通過離子的分子組成的軟物質(zhì)。即使充放電100次，性能仍然可以保持90%以上。

未來全球固態(tài)電池市場將持續(xù)擴(kuò)大，富士經(jīng)濟(jì)預(yù)測到2040年將達(dá)到3.8605萬億日元。

其它海外企業(yè)也提出了全固態(tài)電池投入實用的政策。尤其引人注目的是韓國公司。三星SDI和SK在韓國 On在2027年也是為了和豐田一樣?！?028年左右，電池開發(fā)和實驗工廠建設(shè)正在加快。在韓國，東京工業(yè)大學(xué)特別聘請的副教授，他說，韓國發(fā)表了很多優(yōu)秀的論文，在基礎(chǔ)研究方面非常活躍。德國寶馬在歐美企業(yè)中（BMW）計劃在2025年生產(chǎn)配備全固態(tài)電池的樣車。

日本一直在全固態(tài)電池的基礎(chǔ)研究中領(lǐng)先世界。為了防止在鋰電池和太陽能電池領(lǐng)域重復(fù)未能贏得市場的覆轍，有必要通過產(chǎn)學(xué)合作加快技術(shù)轉(zhuǎn)移，提高生產(chǎn)技術(shù)。

業(yè)界第一人 菅野一次：改進(jìn)離不開基礎(chǔ)研究。

針對全固態(tài)電池的前景和話題，日本經(jīng)濟(jì)新聞采訪了世界著名的東京工業(yè)大學(xué)第一人、特聘教授菅野。

記者：在2020年代后半期，汽車公司提出了全固態(tài)電池投入實用的目標(biāo)。

菅野了次：這可能是因為公司有一個開發(fā)計劃，以確保電池安全為前提。全固態(tài)電池因其優(yōu)異的特性而被提出實用，但在實用初期可能不會有非凡的性能。

鋰電池投入實用后，在車輛領(lǐng)域流行了大約30年。全固態(tài)電池產(chǎn)品化后，將繼續(xù)改進(jìn)和改進(jìn)。僅僅依靠企業(yè)內(nèi)部是非常困難的，能否利用大學(xué)基礎(chǔ)研究就顯得尤為重要。

記者：特別是需要大學(xué)推進(jìn)的研究課題有哪些？

菅野了次：一是提高電極材料的容量。目前，整個固體電池使用類似鋰電池的材料作為電極，但應(yīng)該有能夠激發(fā)固體電解質(zhì)潛力的材料?？赡苁卿嚮蛘吖璧仍兀狙芯康穆氊?zé)就是找到這樣的新材料。

另一種是找出電極和電解質(zhì)接下來發(fā)生的現(xiàn)象。雖然已知與電池性能老化有關(guān)，但仍有許多未知之處。提出新的分析方法也將成為公司提高電池可靠性的關(guān)鍵因素。

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