日本计划5年投入100亿日元全力开发全固态电池北

日期:2019-11-08编辑作者:北京赛车官方正版投注

汽车从发动机向纯电动转变的时代正在临近,但纯电动化也面临着技术上必须跨越的障碍,其中之一就是电池。目前的电池在续航距离、充电性能和安全性能等方面存在课题。作为解决课题的新一代电池受到关注的是“全固态电池”。日本为了确保汽车产业的优势地位,日本政府与民营企业正在携手致力于实用化。

另一方面,在“全固体热潮”的水面下,从事电解质、正极材料、负极材料等基础构件业务的零件厂商也展开研发竞争。

11月27日报道:日媒称,“全固态电池”出现了向生活和产业普及的可能性。在TDK已开发出数毫米见方大小的“芯片型全固态电池”,可反复充电1000次。目前已启动样品供货,正在完善量产体制。在全球范围内率先正式实用化。 TDK希望首先把小型产品应用于家庭、办公室、工厂的空调和照明等。例如,嵌入温度传感器,取代纽扣型碱性电池。 全固态电池和锂离子电池同属可充电电池,但能量密度增加数倍。全固体电池受到关注,是因为被认为能用于纯电动汽车,但其有可能会率先应用到家电领域。日企希望在与中韩企业的电池开发竞争中卷土重来。 据报道,全固态电池可延长车辆续航距离、缩短充电时间。丰田力争到本世纪20年代前半段达到实用化。德国大众也计划到2025年前后完成量产体制。但目前双方均未达到能够出货的阶段。 如果类似TDK那样的小尺寸产品上市,全固态电池的应用范围将不仅限于纯电动汽车,被用于社会各领域的可能性将随之提高。虽然全固态电池在大容量化等方面仍存在课题,但未来或将被用于个人电脑和手机等各种家电。 为此,相关企业正在竞相加速开发。日本电子零部件企业太阳诱电计划到2020年前后使数厘米见方大小的全固态电池实现实用化,有望用于智能手表等。此外,村田制作所正在开发厚度为50微米的产品,力争用于隐形眼镜等可穿戴设备领域。

富士经济的数据显示,全固态电池的世界市场规模2017年仅为21亿日元。预计到2035年将增至2.7877万亿日元。目前,高分子类全固态电池已经部分实用化,但由于各种课题而并未普及。

二者的最大不同在于电极间的电解质是液体还是固体。锂离子电池的液体电解质具有可燃性,破损后可能会起火。而全固体电池的固体电解质不用担心泄漏。另外,采用固体电解质的话,锂离子移动速度更快,可缩短充电时间。

日本政府正在全面支援丰田等企业的全固态电池开发行动。2018年夏季,日本新能源产业技术综合开发机构启动了开发全固态电池的项目。2018——2022年度的5年里将投入100亿日元。

其背景是汽车厂商的研发热潮。丰田汽车和松下最早将于2020年设立车载电池新公司。双方将共享大容量锂离子电池和全固体电池的相关经验技术。

据日本经济新闻中文网10月31日消息称,全固态电池是锂离子电池的一种,在锂离子来回移动的通道上采用固态电解质,取代现有电池的电解液。现有电池的电解液采用有机溶剂类材料,存在起火的可能性,在安全性上存在问题。全固态电池不使用可燃性电解液,安全性更高。全固态电池还无需被称为隔离层的零部件,能减少零部件个数,降低制造成本。通过避免使用液体,克服了锂离子电池充放电过程中离子溶出的问题,有助于延长使用寿命。

住友金属矿山在全固体电池上也将采用传统的正极材料。住友化学则研发不使用稀有金属的镍锰类正极材料。

而中国2019年起设置了要求汽车厂商生产一定比例纯电动汽车等的新能源车规定。

当前还出现了轻量、大容量新型电池“空气电池”的研发竞争等新潮流,在这一背景下,加紧实现全固体电池商用化的动向或将扩大。

需要快速充电

构件研发竞争热潮

在小型电池领域实现实用化

对全固体电池的期待并不仅限于地球上。日本特殊陶业将向太空探测初创企业ispace提供自主研发的全固体电池,计划通过该公司2021年前后发射的探测器运送到月球表面。

但据称欧美、韩国、中国等也在举全国之力推进全固态电池的研究,日本目前的优势地位今后能否保持仍是未知数。

《日本经济新闻》6月11日报道称,围绕被认为是纯电动汽车(EV)和物联网“IoT”普及关键要素的“全固体电池”,日本众多厂商争相进行研发。全固体电池的特点是不使用可燃液体,而是使用不易燃的固体电解质。这种电池安全且可以实现更大的能量输出。着眼于2020年代中期的普及期,日本厂商向确立量产技术等课题而发起挑战。

日本政府向全固态电池倾斜,是因为这有可能左右日本产业整体的沉浮。在现有的车载锂离子电池领域,日本企业曾保持优势地位,但如今已被中国企业超过。由于纯电动汽车并未普及到超越发动机汽车的程度,影响仍然很小。但如果在全球环保政策加强的背景下,纯电动汽车不断普及,日本汽车厂商的地位将变得危险。

耐热且寿命长

日本从2018年开始举全国之力研究车载全固态电池,最初将“硫化物类”作为材料。不过,硫化物类存在一接触空气就产生气体的课题。采用陶瓷材料的氧化物类被认为安全性更高。虽然氧化物类全固态电池如果用于汽车性能并不足够,但如果技术出现突破性进展,在车载领域或许也将成为有力选项。

有观点认为日本企业已在全固体电池领域领先全球。日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)发挥旗手作用,形成包括丰田、松下、旭化成和东丽等在内的研发框架。

日本新能源产业技术综合开发机构此前也携手材料厂商等推进全固态电池的研究,丰田、日产、本田技术研究所等汽车厂商、松下和杰士汤浅等电池企业加入,正在以“全日本”的体制进行开发。

全固体电池的实用化预计最先从比纯电动汽车更轻的电子设备和传感器领域开始。FDK展示了类似半导体芯片的小型箱体,计划最早于2020年度上市。

实际上,超小型全固态电池已经实用化。TDK和富士通旗下的FDK等已启动了用于电子基板的超小型全固态电池的样品供货。这种电池可以考虑用于“物联网”设备和可穿戴终端等。TDK和FDK推出的全固态电池为采用陶瓷材料的“氧化物类”。这种氧化物类全固态电池要用在纯电动汽车上似乎还需要一定时间。

国际能源机构(IEA)的统计显示,2017年在全球售出的100多万辆纯电动汽车与插电式混合动力车(PHEV)几乎全都采用锂离子电池。全固体电池将从2020年代中期开始逐步扩大应用,据富士经济预测,到2035年市场规模将达到约2.8万亿日元,在2030年的3300亿日元基础上猛增。

如果各种全固态电池实现实用化,续航距离和快速充电等问题被克服,纯电动汽车市场有可能迅速开花。国际能源署公布了乘用车销量中各动力源所占比例的预测,预计纯电动汽车和插电式混合动力车的比例到2030年达到19%,到2040年达到35%。

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日本新能源产业技术综合开发机构统计显示,在2002年至2014年的全固态电池相关专利申请中,日本占到54%。

今后的课题是如何减少生产成本和确立量产体制。有些种类的固体电解质需要使用将粉末状物质烧结到一起的设备。要想实现量产需要大型烧结设备,和需要在有机溶剂中使各种化学物质发生反应的锂离子电池的电解液相比,需要更多的投资。

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负极材料是保持在电池内部移动后的锂离子、形成“已充电状态”的构件。负极材料的性能极大地关系着电池容量。负极材料方面,GS YUASA采用金属硅,研发了能量密度达到此前约3倍的产品。

纯电动汽车要取代发动机汽车,需要飞跃式地提高电池性能。首先,为了延长续航距离,有必要提高电池的“能量密度”。此外,还有必要改善“输入输出功率密度”。输入输出功率密度影响充电时间。很多专家认为,提高输入输出功率密度,以数分钟完成充电的“超快充”对于纯电动汽车的普及不可或缺。全固态电池在理论上具备超过现有的锂离子电池的性能。

也有其他企业和三井金属一样,致力于从固体电解质到正极材料、负极材料的一条龙研发。

全固体电池与市场上主流的“锂离子电池”的原理基本相同,都是由锂离子在电池内部的正极和负极之间游走,进行充放电。

“介绍一下具体情况”、“有宣传手册吗”。2月底在东京举办的二次电池国际展会上,与会人员纷纷用英文和中文咨询,大家的目光热切关注着全固体电池的最新技术。 其中,日立造船和富士通旗下的电子零件厂商FDK的展位前聚集了大量人员。

正极材料是用于释放游走于电池内的锂离子的构件,多采用钴等稀有金属,日本一些企业在面向锂离子电池的正极材料方面有着突出业绩。

“请勿拍照”,可能是担心技术泄露等,日立造船的负责人在参会人员对该公司开始样品供货的全固体电池“AS-LiB”拍照时进行了阻止。据负责人员表示,该电池在100摄氏度以上的高温下也能工作,“可以用于太空领域”。该公司将于2019年度内在大阪市设置生产设备。

作为动力源,高性能锂离子每千克的能量输出功率为200-250千瓦时,而全固体电池是其2倍左右,可达到500千瓦时。锂离子电池的离子会溶进电解液中,反复充放电后,输出功率会下降,而全固体电池的离子在游走时不会溶出,因此寿命比锂离子电池长。

在固体电解质方面,三井金属计划研发以硫、锂、磷等为原料的电解质。将分别研发独自的烧结方法。据悉量产性能出色,力争2025年前后投入实用。JX金属也与东邦钛(TOHO TITANIUM)联手研发电解质。石油行业则有出光兴产与汽车厂商等开展研发并已获得专利,力争在2020年代实现实用化。

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关键词: 日本 电池 全固态 物类

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