前言

全固態電池作為下一代電池技術的重要發展方向，具備兼顧高能量密度、高安全性能、寬溫度范圍等綜合特性的潛力，正在成為全球汽車強國鉚力發展的下一代電池新賽道。日本國立研究開發法人新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）先后啟動了二期“先進創新蓄電池材料評估技術開發”項目，取得了一系列成果；并通過產業研的深度合作，有力地推動了日本全固態電池的技術創新和產業化進程。因此分析日本NEDO全固態電池聯合研發機制，理清其研究內容和組織模式，對于我國全固態電池的研發和產業化具有重要借鑒意義和啟示價值。

 

 

PART.1

日本全固態電池發展現狀

 

        日本將全固態電池作為趕超我國、實現電池技術全球引領的關鍵抓手，目標是到2030年前率先實現全固態電池的實用化。日本對全固態電池的發展支持總體呈現兩大特點：一是組織模式創新，NEDO組織了38家單位成立產學研協同創新聯盟，組織實施全固態電池攻關項目，支持資金達100億日元（約合5億元）；二是持續的巨額資金支持，NEDO“下一代蓄電池和電機開發”項目計劃投入1510億日元（約合75億元）用于以全固態電池為核心的下一代電池技術及電池回收技術開發；NEDO“新一代全固態蓄電池材料的評價基礎技術開發”項目，時間周期為2023-2027年，2023年預算金額為18億日元（總金額未知）。

日本車企已基本放棄在當前的電動汽車及動力電池技術上與中國競爭，正鉚力發展智能網聯汽車及全固態電池，希望重鑄燃油車時代的輝煌成就。在全固態電池方面，豐田、日產、本田等均開展了大量研究。

豐田汽車從20年前就開展硫化物全固態電池研究，是全球全固態電池領域內最多專利擁有者。其目標是在2025年擁有批量化硫化物全固態電池的制備能力，實現在成本、尺寸上減半，充電10分鐘，續航可達1200公里，且在2027年實現量產上車。

日產汽車宣布已成功開發出全固態電池，目標是比能量提高一倍，節省50%成本，充電速度也提高三倍。同時計劃到2025年建立并運行固態電池試點生產廠；到2026年完成初始技術的工程設計；到2028年首次應用在汽車上，逐步實現量產。

本田汽車宣布了固態電池推進計劃，將投資約430億日元（約合21.3億元）建設全固態電池示范生產線，將于2024年春季設立試驗性生產線，并應用于2025年以后推出的車型中。

 

 

PART.2

日本NEDO全固態電池聯合研發機制分析

 

2013-2017年，NEDO啟動了“先進創新蓄電池材料評估技術開發（一期）”項目，目標是掌握材料的基本特性；2018-2022年，又啟動了“先進創新蓄電池材料評估技術開發（二期）”項目，目標是評估量產性以及是否適用于EV等。下面將具體分析（二期）項目的聯合研發機制。

 

1.總體目標

研究工作將維持5年，計劃到2022年全面掌握全固態電池相關技術，把握相關基礎技術，完成全固態電池實用化和量產化，并取得世界市場的主導權；同時項目也將研究電動車普及相關的基礎設施建設事宜。目標是計劃在2030年左右將電池組成本降至約1萬日元/kWh（約合490元/kWh），約為目前鋰離子電池成本的三分之一；研究一種快速充電技術，充電10分鐘可恢復三分之一電量。

 

2.研發內容

（1）開發通用基礎技術

將開發能解決全固態鋰電池的大型化和量產化瓶頸的基礎技術，包括固體電解質的量產和低成本合成、向電極活性物質涂敷電解質、電解質層和電極層的成膜等。

通過組合全固態鋰電池用新材料和元器件，評估單元的性能、耐久性和安全性，將制用途于掌握新材料和元器件的利弊、技術課題及是否適合單元量產工藝等的標準電池模型，并編訂規格說明書及性能評估程序手冊。

開發通過計算機模擬，預測全固態鋰電池的單元及電池組的不穩定性、劣化和發熱情況的技術，以日本主導推進國際標準化為目標，開發有關耐久性和安全性的試驗評估方法等。

（2）討論社會體系設計

將調查并分析各國和全固態鋰電池及電動汽車有關的政策、市場和研發動向，制定以EV普及為前提的整個未來社會體系的方法設計，同時推進相關研究開發。制定方法時，還將考慮充電基礎設施建設、資源限制、3R原則（Reduce、reuse、recycle）等，討論低碳化社會的方法設計。

圖1為項目整體開發日程。

圖1 項目整體開發日程

 

3.參與單位

參與單位一共38家，包括4家汽車或發動機生產企業，5家電池生產企業和14家材料生產企業，以及15家學術機構。

汽車發動機生產企業：豐田汽車、日產汽車、本田汽車、雅馬哈發動機株式會社。

電池/材料企業：松下電池、日本湯淺公司、日立汽車系統、日本萬勝、村田制作所、旭化成株式會社、日本合成橡膠公司、日本住友金屬礦業公司、大日本印刷株式會社、凸版印刷株式會社、東麗、日本觸媒株式會社、富士膠片公司、三井化學公司、三菱化學公司、可樂麗株式會社、日本日產化學株式會社、日本出光興產公司、日本三井礦業及冶煉公司。

學術機構：日本產業技術綜合研究所、日本國立物質材料研究所、日本理化研究所、大阪府立產業技術綜合研究所、九州大學、日本京都大學、日本群馬大學、東京工業大學、國立豐橋技術科學大學、日本名古屋大學、日本兵庫教育大學、日本北海道大學、大阪府立大學、甲南大學、日本汽車研究所。

 

4.合作分工

2014年日本成立了鋰離子電池材料研究中心（LIBTEC），具體職責包括材料開發、電池設計、制造工藝、評價分析等。先進創新蓄電池材料評估技術開發（二期）項目中，研發分工如圖2所示。

 

圖2 合作分工

 

5.組織模式

（1）項目管理

1）研究開發管理

任命項目經理（PM），負責項目進行整體的企劃與管理，并掌握項目所需的技能，謀求技術成果和政策效果的最大化。從研究開發的實施主體中選出項目負責人（PL）以及選定子項目領導（子PL），PL及副PL基于與PM的明確分工，推進研究開發。

研究開發者為企業、大學、研究機構等（以下稱為“團體”）。研究主體為日本各單位，各單位在日本具有單獨研究地點，擁有相關研究經驗；同時設置集中研究地點，構建研究開發聯合體制和知識產權管理體制。從特定研究能力、研究設施、國際標準化等角度考慮，某些研究方向上，日本團體可與國外團體聯合開展。

2）研發運營管理

項目經理與PL、副PL以及研究開發者密切合作，同時運營管理整體項目，并謀求技術成果和政策效果的最大化。

①進度管理

項目實施期間，項目經理在掌握國內外相關技術動向的同時，掌控整個項目進展。

②知識產權管理

PM、PL以及副PL，將綜合考慮研究成果保密性和國際知識產權、標準化等，實現知識產權管理并提高產業競爭力。項目經理將主導研究開發者之間的知識產權調整，以實現成果的權利化及實用化、商業化。

③制定研究開發資產等的利用規則

PM、PL及子PL在項目實施期間及結束后，對項目實施過程中的通用技術、機械裝置等的運用體制、形態、方法，主導制定有關框架和規則。

 

（2）項目評價

1）中期考核

依托產業界、學術界等外部專家，在2020年實施中間評價。除了技術開發的進展狀況之外，還要把重點放在平衡管理的適當性上，把握中間目標的達成度；同時在根據社會經濟形勢等的基礎上，有針對性地對技術開發內容和管理等進行改善和修改。

2）項目驗收

依托產業界、學術界等外部專家，在2023年度實施，將技術成果、實用化前景、管理等作為評價項目的事后評價。

 

（3）研發成果處理

1）推廣有助于形成共同基礎技術的成果

對于獲得的研究開發成果，NEDO和實施者都將努力推廣。

2）知識產權的歸屬、管理等處理

關于委托研究開發成果的知識產權，根據相關規定等，原則上應全歸屬委托方。項目初期就設計面向商業化的知識產權戰略方法，實施適當的知識產權管理。

3）涉及知識產權管理的運用

該業務適用“NEDO項目中的知識產權管理基本方針”。

 

PART.3

日本全固態電池研發模式的借鑒及啟示

通過對NEDO全固態電池聯合研發機制的研究內容、組織模式等分析，得出以下可值得我國參考和借鑒的啟示。

（1）國家戰略層面，研究制定下一代動力電池國家頂層規劃，明晰全固態電池技術發展方向及路線。建議加強戰略引導、跟蹤與評估，研究編制下一代動力電池國家頂層規劃，深入研判國際全固態電池技術專利壁壘及最新發展態勢，明確我國全固態電池主要發展方向及技術路徑，編制全固態電池發展戰略及技術路線圖，并持續開展國內外全固態電池技術研發與產業化進展評估。建立國家層面投入長效機制，實施下一代動力電池產業技術創新專項工程，持續支持以全固態電池為代表的下一代動力電池的基礎科學、工程化、示范應用等方面研究。

（2）研發內容層面，加大全固態電池研發支持力度，重視基礎科學研究，強化產學研高效協同，開展行業聯合技術攻關。通盤考慮材料-電池-系統集成-工藝裝備-測試評價-整車應用-回收再利用的全產業鏈關鍵技術，打通從基礎研究到技術攻關、產業化應用的壁壘，盡快推動先進電池技術突破。建議研究內容圍繞關鍵材料、電芯單體、集成應用、生產制造裝備等全鏈條推進基礎關鍵技術攻關、產業化培育和應用生態建設。

（3）組織模式層面，國家牽頭形成固態電池協同創新聯合體，形成科學項目管理機制，成立管理辦公室，統籌協調研發過程，提前規劃研發進度、知識產權、項目評價等。建議實施全固態電池專項攻關行動，組建由動力電池龍頭企業牽頭，產業鏈上下游企業、高校、科研院所等共同參與的全固態電池產業協同創新聯合體，采用“賽馬制”、“以測代評”、“揭榜掛帥”等創新組織模式。廣泛邀請行業相關科研機構、材料企業、電池企業、整車企業、裝備企業、測評企業等共同參與研究，針對重點研究內容分組進行攻關，并指定組長單位具體實施。

（4）技術落地層面，凝聚行業智慧，廣邀政府機構、行業專家等規劃全固態電池發展方向，制定應用場景和推廣應用計劃，指導全行業將創新成果落地。建議開展全固態電池應用示范工程，借鑒“十城千輛”示范工程成功經驗，針對全固態電池創新成果的產業化和落地應用各環節給予專項財政支持，引導建立全固態電池產業化培育專項基金，對落地孵化的項目予以稅收減免；鼓勵車企擇機在中高端車型上率先應用全固態電池，研究制定全固態電池領域專項首臺套支持政策，對全固態電池的裝車應用給予專項補貼，同步開展市場及技術評估，為規?；瘧锰峁┙涷?。

 

參考資料

[1] NEDO官網內容及相關文件，網址：https://www.nedo.go.jp/index.html

 

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作者| 孫旭東 ——國汽戰略院 汽車電動化研究中心 研究員

郵箱| sxd@sae-china.org

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