固体リチウムイオン電池産業間の戦争

2016年12月、英国を代表する学術雑誌の1つであるEnergy Energy Science（Energy and Environmental Science）は、Alternativestryforasaferchareablebatteryというタイトルの論文を発表しました。

テキサス大学オースティン校のコクラン工科大学のYuehan・gudinafu教授が率いるチームは、現在電池業界を悩ませている多くの問題点に対処する、低コストで急速充電の全固体電池を開発しました。前記。燃焼しにくい、大量のエネルギー密度、長いサイクル寿命、急速な充放電速度など、多くの利点があります。たとえば、このタイプのバッテリーは、1200回の再充電サイクル後の損失が最小限であり、60°Cから-20°Cの温度範囲で通常の動作を保証できます。

この記事が公開されるとすぐに、世界中のエネルギー、化学、物理学、およびバッテリー業界全体で大騒ぎを引き起こしました。

2つの理由があります：

1、記事の4番目の著者、グディナフ教授の特別なアイデンティティ：彼は「リチウム電池の父」であり、リチウム二次電池の発明者であり、世界の電池業界のチャンピオンです。彼は現在の科学コミュニティの「タワー」レベルと呼ばれています。 95歳の教授はこれまで教育と研究の最前線で活躍しており、電池分野のトップエキスパートとしてあらゆる動きが業界の注目を集めています。

2、グディナフの研究結果は間違っていることが判明しました！その理論的根拠は、熱力学の最も基本的な第一法則にさえ違反しています！しかし不思議なことに、業界のすべての人々は、グディナフへの極端な敬意から、明確で混乱した態度を保つことを選択し、それを知ったときに集合的に沈黙を保つことを選択しました。

1年後に沈黙が破られました。米国のプリンストン大学の研究者であるダニエル・ステインガートも、エネルギーと環境科学の「共通」というタイトルの記事を発表し、昔の研究の結果に公然と疑問を投げかけました。そして、しっぺ返しは、グディナフによって提案された反応メカニズムが間違っていると提案しました、「熱力学的観点から、これは明らかに不可能です」。

最初の鳥は、学界の音と引き換えに呼ばれました。リチウム業界におけるグディナフの立場は比類のないものと言えます。この目的のために、祖父は彼の反応を示すために微妙な「熱力学の最初の法則に違反していません」にすぎません。

1991年にソニーと共同で世界初の商用充電式リチウムイオン電池を開発した老人は、人間の社会的電子革命の推進に貢献し、最終的にサバの時代に亡くなりました。

真実に近い人によると、名声と幸運の生涯を生きてきた老人は、物議を醸している論文、MHブラガ（ポルトガルからの女性学者）の最初の著者でした。

上記の学術的な議論は、今日のリチウム電池業界における氷山の一角にすぎません。実際、学術的な戦いは、商業的現実における戦争ほど刺激的ではありません。

トランジスタの発明と同じくらい重要であると考えられている充電式リチウムイオン電池業界の実務家は、創業以来、過去、現在、そして未来の2つの大きな課題に直面してきました。それは安全性とエネルギー密度です。

長年にわたり、リチウム電池の主な用途は家庭用電化製品でした。しかし、この状況は2013年に逆転し始めました。世界中で新エネルギー車が急速に台頭するにつれ、パワーバッテリー業界は突然熱くなり、誘惑に満ちました。

将来的には、新エネルギー車がリチウム電池アプリケーションの最も重要な分野になるでしょう。

分析によると、世界のパワーリチウム電池市場は急速に成長し続けるでしょう。 2022年までに、総需要と市場規模はそれぞれ54.9 GWhと267億米ドルに達し、次の10年間の年間平均成長率はそれぞれ37.0と31.6に達すると予想されています。

中国では、2016年だけで605億元のパワーセルが販売され、2020年までにさらに3台になる。平均価格1.5元/ Whを測定すると、中国の新エネルギー車用パワーバッテリーの市場規模今後5年間で3,363億元に達する。

フォーブスは、パワーセルの世界市場が20年間で2400億ドルに達すると予想しています。

しかし、今回の新エネルギー車で好評を博したリン酸鉄リチウム電池と三元リチウム電池は、次第に恥ずかしさを感じてきました。既存のシステムアーキテクチャと主要なポジティブ材料の影響により、既存のシステムのリチウム電池のエネルギー密度は基本的に300 W / kgを突破するのが困難です。その中で、リン酸鉄リチウム電池の単一エネルギー密度は140Wh / kgを超えることは困難であり、大規模な三重項リチウム電池の単一エネルギー密度は最大220Wh / kgです。実験室での上限は300Wh / kgです。

将来的には、新エネルギー自動車産業の発展における主な矛盾は、走行距離の増加に対する人々の高まる願望とパワーセルのエネルギー密度のゆっくりとした成長との間の矛盾に焦点を当てるでしょう。

中国では、政府は今後数年間で、2020年から202年にかけて300 W / kg〜400 W / kgの単一エネルギー密度を達成するためのパワーバッテリーの技術目標を設定しました。明らかに、リン酸鉄リチウムか三成分リチウムか、そうするのは難しいです。

米国では、米国エネルギー省が新世代のバッテリー研究開発組織であるエネルギー貯蔵共同研究センター（JCESR）を設立しました。 JCESRは、「マンハッタン計画と同様に、5年以内にエネルギー密度が5倍、価格が1/5のバッテリーを開発するための才能と資金に集中する」と野心を持って述べた。

従来のリチウム電池技術（リン酸鉄リチウムおよび三元）は液体電解質の影響を受けやすく、金属リチウム負極および新開発の高電位正極材料との互換性が難しいため、エネルギー密度の上昇にボトルネックが生じます。安全面でも、短絡着火、イオン濃度差、電池内部抵抗、電極材料の連続消費などの問題が発生します。

そのため、現時点では、「次世代リチウム電池技術」として、全固体電池は、高いイオン伝導性と機械的強度、広い電位窓、および動作温度範囲を備えています。エネルギー密度が高く、循環が強く、安全性が高く、充電時間が短い理想的な物体になっています。

インサイト全固体電池は、一見信頼できるように見えますが、克服すべき多くの技術的課題があり、大量生産には時間がかかります。

しかし、世界中の何百もの機関が全固体電池に突入するという熱意を消すことは依然として困難です。これらには、伝統的な自動車大手、新車メーカー、自動車部品大手、電池製造会社、上流の原材料会社、さらには学術研究機関、政府支援の研究機関、さらには軍事資金による神秘的な機関が含まれます。

いずれにせよ、世界中の何百人もの物理学、化学、電気のトップエキスパートが、数千万ドルの研究開発資金に支えられて、技術開発から商業生産まで、全固体電池の戦略的な最高峰を取り囲んでいます。 。大量生産、戦いが始まった。

日本

トヨタが率いる日本は、全固体電池で世界をリードしており、ホンダやパナソニックなどの企業が次世代電池の開発に注力していると主張しています。

しかし、日本の島嶼国は閉鎖的な考え方をしているため、独自の研究結果を共有したり、独自の技術ルートの商業的利益を最大化することを選択したりすることに特に注意を払う必要があります（たとえば、時間枠）燃料電池の特許を取得するのはほんの数年です。他の国や企業が製品を開発するのに十分であり、大量生産されると収穫されるようになります。）

この点での「歴史的教訓」により、中国は一般に、移動通信システムやHEV技術ルートなどの日本のルートをたどらないことを選択します。中国は、日本の技術ルートを回避する意図を明確に示しています。

トヨタ：全固体電池のファン

7月、日本のメディアは、トヨタが2022年に量産型全固体電池車の発売を計画しているという大きなニュースを報道しました。その後、トヨタのスポークスマンは、この問題についてすぐにコメントすることはないと述べました。

5か月後の12月、トヨタは2020年までに10台の電気自動車を発売し、次世代の全固体電池を商品化する計画を突然発表しました。このニュースは後にトヨタの材料工学エグゼクティブである重木月によって確認されました。トヨタは2020年までに全固体電池を商品化する予定です。

これは、トヨタが2年前に一方的に全固体電池を商品化したことを意味します。

これは、特に慎重で保守的なトヨタにとって、非常に大胆な動きです。それはさらに信じられないほどです。

業界によると、トヨタの過去の性格で、全固体電池ルートについて楽観的であるならば、それは基本的にトヨタがこの技術ルートのほとんどの困難を克服し、大量生産に比較的自信を持っていることを意味します。

実際、少なくとも12年または20年前、トヨタは全固体電池と空気電池を開発するために何百人もの優秀な人材のチームを密かに組織していました。このチームには、天津、大谷幸雄、植野行雄、浜西、中本ボーエン、ライハオ、神谷正博、ブライエン・ハイデン、レガイエ、デンケン・シミシ、クリストファー・リーなどの専門家チームが含まれています。チームは静かに発展しました。10年以上で、トヨタには30件もの特許が出願されました（トヨタはこれまでに全固体電池の特許数をリードしてきました）。

商業上の秘密のために、外の世界はこの分野でのトヨタの特定の進歩に気づいていません。トヨタは控えめで神秘的ですが、業界は依然としてその技術の進歩が世界で最初にランク付けされるべきであることを認識しています。

電解質の形態に応じて、全固体電池は全固体状態と準固体状態に分けられます（固体と液体の間の妥協ルート）。電解質の材質により、固体全体が酸化物、硫化物、高分子に分けられ、トヨタは固体全体の硫化物材料ルートを採用しています。

現在知られているのは、トヨタが固体電解質材料や固体セル製造技術などの特許を取得しただけでなく、正および硫化物の固体電解質材料を回収するための技術ルートと回収プロセスの完全なセットを開発したことです。

2010年、トヨタは硫化物全固体電池を正式に発表しました。 2014年までに、その研究室の全固体電池のエネルギー密度は400 W / kgに達しました。

ヨーロッパ

長い間世界の産業チェーンのトップを維持し、大きな利益を上げてきたヨーロッパの先進国は、リチウム電池産業を低付加価値産業（アジア人が行うべきローエンド産業）と長い間見なしてきました。電池業界に十分な注意を払っています。これにより、今日のヨーロッパには大規模なリチウム電力会社が不足しており、リチウム電力業界チェーンはそれを確立することができませんでした（ただし、ベルギーのユミコア美容会社は常に世界をリードする材料の巨人であり、例外です）。

したがって、このラウンドのパワーバッテリーでは、ヨーロッパの運命はすでに運命づけられていました。しかし、伝統的な自動車の力と巨人が集まる場所として、ヨーロッパの巨人は追いつくことしかできません。たとえば、フォルクスワーゲンは全固体電池の開発に500億ユーロを投資する予定です。 BMWはまた、米国の電池メーカーであるSolid Powerと協力して、新世代の全固体電池技術を開発し、生産時間を2026年に設定することを選択しました。

ヨーロッパの全固体電池業界の最大の特徴は、弱い地元の産業チェーンのサポートが不足していることです。そのため、ほとんどの企業はアジアや米国の場所と協力するか、単にモデルの購入を開始する必要があります。

フランスのボロレ。

ヨーロッパでは、フランスのBolloré（Boluolei）ファミリーの管理下にある子会社であるBatScapは、全固体電池分野の深いレイアウトの代表として世界で認められていますが、トヨタとは異なり、BatScapは完全な固体ポリマーを選択しますテクノロジールート。 BatScapの全固体電池は、負極材料が金属リチウムを使用し、電解質がポリマーフィルムを使用するため、金属リチウムポリマー電池としても知られています。

BatScapのバッテリーの最大の利点は、1822年に設立され、輸送、輸送、エネルギーへの投資を含まないBoloréGroupの長期レイアウトのおかげで、大量生産と市場のフィールドテストを受けたことです。 。これにより、BatScapのバッテリーをすばやく着陸させることができます。

早くも2011年10月、ボロレはフランスのパリとその近郊で自動共有サービス「Aurelib」を提供するために、自社開発の電気自動車「Bluecar」と電気バス「Bluebus」の使用を開始しました。過去数年間で、合計3,000個のBatSap全固体電池が30kWhで設置され、900のサービスステーションと4500の充電装置がこの地域に設置されました。累計利用者数は約20万人、1日利用者数は約18,000人です。その結果、大量のデータと運用経験が蓄積されています。

ただし、特にボロレは全固体電池の規模を商品化した最初の企業になりましたが、実際の出力エネルギー密度はまだ低く、エネルギー密度はわずか100Wh / kgであり、理論値をはるかに下回っています。レベル。

アメリカ

米国とヨーロッパは同じ問題を共有していますが、状況は少し良くなっています。ヨーロッパのパワーセル産業が復活する可能性はないが、米国は地元のリチウムイオン産業が非常に弱いことに早く気づき、早い段階でレイアウトを行った。

たとえば、2008年に、米国政府は戦略の方向性を水素エネルギーと燃料電池からリチウム電池に変更しました。一方で、それは何百ものバッテリー関連のベンチャー企業を設立しました。一方で、グローバルなリチウム産業チェーンを積極的に拡大・展開しました。

Sakti3：ビッグスリーの1つ

米国のSakti3は、全固体電池の技術的成熟度の向上と技術開発の深化をめぐって、日本のトヨタやヨーロッパのボロレと競争できる3大巨人の1つとして業界で認められています。これは、全固体電池の3番目の技術ルートでもあり、固体全体の酸化物電解質材料ルートです。

酸化物の技術ルートは、3つの中で最も難しいものです。

2008年、マリ・サイシテリはSakti3を設立しました。ミシガン大学の元工学教授はまだやや感傷的な人物であることに言及する価値があります。これは、新会社の彼女の名前からわかります。サクティはサンスクリット語の「エネルギー」を意味し、3はリチウムの原子数を表します。

Sakti3の最高の資産は、バッテリー技術を研究して20年間週100時間以上働き、70以上の特許を持っている強い女性である創設者Saisiteliかもしれません。

Sakti3は、エネルギー密度1,000 W / kgの全固体電池を開発したと主張し、将来の商業大量生産後のコストは、現在のリチウム電池のわずか20％であり、電気のコストを制御できると述べています。 25,000米ドルのバッテリーを搭載した車両。

設立後、ミシガン州アナーバーにある同社は、ゼネラルモーターズ、日本の産業大手伊藤商人、ミシガン州政府、ベンチャーキャピタルから合計3,000万米ドルの投資を受けました。しかし、2015年にダイソン掃除機とヘアドライヤーの発明者である英国の大物Zhanmusi・daisenに買収されました。

ダイソンによるSakti3の買収は、建物にアクセスして、最初にヘアドライヤーや掃除機でSakti3の全固体電池を使用できるよりも明らかに野心的です。ダイソンは、電気自動車の「ダイソン」ブランドを作ることを最終的な目的として、8月に全固体電池を大量生産する工場の建設に14億ドルを投資したことを明らかにしました。

Sakti3の最大の問題は、薄膜沈降技術を使用した製造技術です。要するに、薄膜は層状に積み上げられます。その結果、コストが高くなり、将来的にコストを削減できる可能性はそれほど高くありません。

Seeo：ボッシュに戻ってクールを楽しんでください

2016年にドイツの自動車部品大手ボッシュがSeeoを買収したことで、米国の全固体電池のスタートアップが脚光を浴びました。

2007年、Seeoは、全固体電池分野で有名な米国エネルギー省のローレンスバークレー国立研究所のスタートアッププロジェクトとして正式に設立されました。 Seeoは、ローレンスバークレー国立研究所からコア特許を取得した唯一のバッテリー会社であるため、金のスプーンで生まれました。ローレンスバークレー国立研究所の強みについて知っておくべきことの1つは、アメリカ初の原子爆弾と水素爆弾の開発に携わった13人の科学者と組織がノーベル賞を受賞したことです。

Seeoは、ローレンスバークレー国立研究所の化学技術者Hani・aituoniによって発明されたバッテリー技術に基づいています。 Aituoni氏は、ブリーフケースのサイズとして全固体電池を発明し、今日の液体リチウム電池の単位重量あたり2〜3倍の電力を蓄えると述べました。

Aituoniは、この分野におけるSeeoのコアコンピタンスを示しました。 Seeoのドライポリマー薄膜固体セルは、130〜150Wh / kgのサンプルバッテリーバッテリーエネルギー密度をすでに取り出していますが、これは明らかにあまり良い数値ではありません。ただし、今年はこの数値を300 W / kgに引き上げることができるとのことです。

Seeoはまた、その創設当初、資本市場の最愛の人になりました。それは数回の資金調達を経験しました。昨年ボッシュに買収されるまで、投資家にはグーグルとサムスンも含まれていました。

世界最大の自動車部品の巨人が近年新エネルギー車の急増を見ているので、ここでボッシュの全固体電池への配置についてもう少し説明します。

Seeoの買収後、ボッシュは日本のGSYUASAバッテリー会社と三菱重工業との間に新しい工場を設立しました。主な製品も全固体電池です。その中で、GSYUASA Battery Companyは、日本の大手バッテリー会社GS（Unified）とYUASA（Yuasa）の合併であり、その強さを過小評価することはできません。

問題は、新エネルギー産業を国民経済と人々の生計向上の最前線に置いてきた中国が、欧米と日本がすべて堅実な戦略的高みをつかむのに苦労しているときに、どうすれば観客になることができるかということです。状態バッテリーフィールド。

リチウム電池技術に関する研究は長年にわたって行われてきました。米国の大学で教鞭をとっている中国人の教授たちは、契約車の評価について以下の見解を練り上げており、その瞬間、著者は国民の誇りに飛び込んだ。次のように：

1、米国では、全固体電池を含む電池フロントエンド技術の主な研究開発力は、依然として中国人によって支配されています。

米国にはあらゆる種類のリチウム電池の研究開発機関が多数あり、研究開発能力は比較的強いが、中国と中国の間にはまだギャップがあることを業界はしばしば深く理解できると教授は述べた。 、そしてギャップさえもまだ拡大しています。これは主に、米国の電池産業チェーン全体に反映されており、中国よりもはるかに健全で完璧ではありません。

世界で最も堅牢で開発されたパワーセル産業チェーンは中国に集中しており、パワーセル技術の開発に最も肥沃な土壌を提供しています。

中国

活況を呈している新エネルギー産業は、中国国内のパワーバッテリー産業の台頭に歴史的に最高の機会を提供します。中国が自動車産業の次の時代にカーブを追い抜く機会を持っているように、中国のパワーバッテリー技術はおそらく海外からの封鎖を打破するでしょう。最先端技術の開発をリードする決定的な力になります。

中国では、国立研究機関とバッテリー会社の両方が、将来のパワーバッテリートラックをつかむために全固体バッテリーパワーを追加しました。

Li Feng Li：最初にカニを食べた

今年の8月18日、国内のリチウム電池業界全体に衝撃を与えそうなメッセージが発表されました。全固体電池の専門家である中国科学院材料研究所の元研究者であるXuxiaoxiong博士は、寧波での全固体電池技術のテストを促進するために、中国の上場企業であるLifengLithiumと戦略的協力協定を結びました。目標は、3年以内に全固体電池の工業化を達成することです。

私が言いたいのは、Xuxiaoxiongは、科学技術省の「第12次5カ年計画」新エネルギー分野の「全固体リチウムイオン貯蔵エネルギー電池」プロジェクトの責任者として長い間取り組んできたということです。全固体電池技術の開発に。公開情報によると、これまでに30件以上の特許（国際特許6件、中国特許27件）を申請しており、そのうち11件が認可されています。

彼と中国科学アカデミーの寧波材料技術工学研究所の他のメンバーは、Yaoxiayin、1万Diviels、Yangjing、Huangzhen、Yaoxiayin、Zhaofengdong、ZhuJunなどを含むいくつかのメンバーが全固体ナトリウム電池、全固体ナトリウム電池電解質、および全固体ナトリウム電池。準備方法と理論そして..。

XuxiaoxiongのチームがLiFengと協力協定を締結してから4か月後、Li Feng Liは12月5日、自己資本が2億5000万元以下の完全子会社であるZhejiang FengLiを設立すると発表しました。年間生産量が数十億ワット時の第1世代固体リチウム電池R＆Dパイロット生産ラインの建設への投資。プロジェクトの建設期間は2年です。

いわゆるテストとは、製品が正式に生産される前のテストです。量産前の製品の小規模試験です。会社がプロジェクトを決定する前に、実験室テスト、小規模テスト、および中規模テストを実施した後、基本的に大量生産することができます。

Li Feng業界はあえて2億5000万元を投資し、Xuxiaoxiongを会社の法定代理人にしました。これは、Xuxiaoxiongチームの全固体電池技術が基本的に成熟したことを意味します。

計算によると、Lifengリチウム産業によって製造された第1世代の固体リチウム電池コアのエネルギー密度は240Wh / kgに達する可能性があります。自転車500キロのバッテリーパックの推計によると、80KWhのパワーは、持久力の480キロを達成することができ、そして千サイクル後の電力の最大量はまだ90です<UNK>、充電は埋めるためにわずか12分かかります。

Chenliquan：先駆者

中国工程院の学者であるChenliquanは、常に国内の全固体電池の積極的な推進者でした。彼は、バッテリーのエネルギー密度を過去のタスクの500Wh / kgにさらに増加させる資格を得ることができるのは全固体電池だけであると考えており、できるだけ早く全固体電池を開始することを求めています。研究開発の工業化作業。

1978年、Chenliquanは最初に固体金属リチウム電池の研究と、それに関連する固体イオンの基礎研究を開始し、提唱しました。 1980年に、全固体電池の分野で中国初の研究所、中国科学院の物理学研究所の固体イオン研究所が設立されました。 2000年まで、中国科学院の物理学研究所の研究の焦点はナノ結晶化に移り、同時に全固体電池を征服することの重要な技術的問題を精力的に研究し始めました。 2016年には、全固体電池の研究開発を専門とする北京魏蘭新エネルギー技術株式会社が設立されました。

Chenliquanに加えて、Beijing Wei Lanには、Chenliquanの旧パートナーである中国科学院物理学研究所の研究者であるLihongを含む国内のトップエキスパートのグループも含まれています。高エネルギー密度リチウムイオン電池用のシリコンベースの負極材料の開発、リチウム金属、全固体電池技術の研究など、いくつかの全国レベルのプロジェクトの研究開発に参加しています。

現在、Beijing Weilanは、全固体電池技術の分野で多くの重要な技術を開発し、習得しています。金属リチウム表面処理、SEI膜技術、固体電解質、リチウムイオン高速導体調製技術、Gaodianyaバッテリー統合技術、セラミック膜最適化技術、収集流体ソリューションのその場形成を含みます。

寧徳時代：予備役の準備

12月、寧徳時代のR＆DマネージャーであるGuoyongsheng氏は、寧徳時代が固体リチウム電池に焦点を当てた次世代のパワーバッテリー技術を積極的に展開し始めたとイベントで述べましたが、電池製造会社。研究開発の焦点は、全固体電池の製造プロセスに置かれています。

国内のパワーバッテリーの巨人として、寧徳時代は全固体電池の予備の開発に置かれました。全固体電池でのその解決策は、正極材料をある程度保護することであり、これにより互換性を向上させることができます。

同時に、硫化物の空気感受性のために、製造プロセスはかなりの課題に直面しています。全固体電池の製造プロセス全体は、従来のリチウム電池とはまったく異なります。したがって、寧徳時代の全固体電池の開発中、全固体電池の製造は、生産設備およびプロセスの開発と同期していました。

限り、現在知られているように、寧時代は、現在、設計、製造、ポリマーコアを325ミリアンペア時の容量と、より良好な高温サイクル特性を実証していた：300サイクルの上に残っている82 <UNKを>。

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