界面新聞實習記者 | 羅容

日本東京工業大學將全固態電池容量提升至全球最高水平。

近日，日本東京工業大學特聘教授菅野了次等人組成的研究團隊，成功提高了全固態電池的快速充電性能和容量。該研究通過新開發基礎材料、重新研究制造工藝等方式得以實現，相關文章發表在美國《科學》雜志上。

全固態電池是一種新型的電池類型。區別于其它電池，沒有液態電解液，而是采用聚合物、氧化物或硫化物作為固態電解質。

全球固態電池還處于研究和開發階段，主要面臨的技術難點包括不使用電解液使得其離子導電率大幅降低，影響充電性能；固體電解質之間接觸性差，內阻較大等。

日本東京工業大的上述研究，利用高熵材料設計開發了一種高離子導電性的固體電解質，通過增加已知鋰快離子導體的成分復雜性，使得鋰離子電導率約為傳統材料的2.3-3.8倍，從而能縮短電池充電時間。這意味著，影響電池充電性能的指標較當前傳統電池相比最多可提高3.8倍，為目前全球最高水平。

此外，研究團隊改良了制造工藝，負極采用鋰金屬代替傳統的石墨，使得正極容量按單位電極面積計算較當前提高1.8倍。試制的全固態電池每平方厘米電極的電池容量超過20毫安，這也是全球目前公布的最高水平。

電池容量是衡量電池性能的重要性能指標之一，它表示在一定條件下電池放出的電量，通常以Ah為單位。電池的容量越大，其能量密度也越高。

能量密度是指在一定的空間或質量物質中儲存能量的大小，也是電池性能的重要指標。目前采用三元正極材料的鋰電池，能量密度最高為350 Wh/kg。

當前動力電池市場上，液態鋰電池仍占據主導地位。中國科學院院士孫世剛曾表示，現有鋰電池的能量密度已接近理論極限。近十年來，液態鋰電池的能量密度已提升2-3倍。相較于液態鋰電池，固態電池具有高能量密度、高安全性和長使用壽命等優勢，被業界普遍認為是下一代動力電池技術。

2022年，美國航空航天局（NASA）曾宣布，其所研發成功的固態電池的能量密度達到了500 Wh/kg；今年3月，小米宣布在固態電池領域的研發在實驗室中取得了三個進展，將固態電池的能量密度突破了1000 Wh/L。

近年來，學術界涌現了一些固態電池的新成果，其中不乏中國科學家。

2021年，來自哈佛大學的華人教授李鑫與其學生葉露涵，研發的新型多層結構鋰金屬固態電池，可重復使用1萬次，充電速度最快3分鐘。他們的研究論文于2021年5月發表在《自然》雜志上的相關論文介紹了這種新型固態電池的原理。

2022年，日本橫濱國立大學矢部內尚明（Naoaki Yabuuchi）教授領導的科學家團隊，研究出一種穩定性極強的新型正極材料，并由此開發除了一種全固態電池。研究成果發表在《自然》刊物的子刊《自然材料》上。

據《光明日報》報道，中國科學技術大學馬騁教授研設計并合成了一種新型固態電解質——氧氯化鋯鋰，其綜合性能與目前最先進的硫化物、氯化物固態電解質相當，但成本不到后者的4%，適合進行產業化應用。該研究于今年6月27日發表在國際著名學術期刊《自然·通訊》上。

在固態鋰電池產業化道路上，日企較為激進。今年6月初，豐田宣布固態電池商業化的最新規劃，最早到2027年，豐田就將向市場投放搭載固態電池的電動汽車，充電不到10分鐘即可行駛約1200公里。

日產計劃在2028年推出首款搭載固態電池的量產車型；本田規劃在2024年啟用固態電池的實驗生產線，所生產的電池將用于2020年代后半期推出的車型，該生產線的投資將達到430億日元（約合21億元人民幣）。

目前，中國也有多家電池企業、整車企業以及科研院所等，紛紛布局固態電池產業鏈上下游。但基于全固態電池的技術難度和高成本，中國企業大部分采取從半固態再到固態的漸進式研發路線，目前公布進展多集中在半固態電池上。

據不完全統計，A股市場上，布局固態電池產業的上市公司超過60家，以寧德時代(300750.SZ)、贛鋒鋰業(01772.HK)、衛藍新能源、清陶能源等為代表，均已實現半固態電池產業化。

半固態電池是混合固液鋰電池，電芯中含有一部分的液態電解質，含量占比在5%-10%左右。

衛藍新能源今年7月初向蔚來汽車交付了首批半固態電池電芯，其能量密度為360 Wh/kg。

清陶能源在今年初披露，與上汽集團合作研發的半固態電池年內將應用于上汽集團自主品牌新款車型，續航里程在1000公里以上，并計劃在2025年實現大規模量產。

據高工鋰電數據，2022年中國固態電池出貨量約為0.4 GWh。

中郵證券表示，固態電池當前處于起步階段，產業化仍需時間。預計2030年中國固態電池出貨量將達251.1 GWh，市場規模有望達200億元。