从技术专利看丰田等企业在固态电池领域的布局之路
来源：宝鄂实业
2019-03-27 09:55
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接前文《丰田结盟推进固态电池，产业化和规模应用还有多远？》所言，我们并不清楚丰田的底牌，燃料电池代表的FCV路线和固态电池代表的纯电动路线，到底哪个是烟雾弹？所以在丰田之外，我们还有必要根据整个行业当前的实际开发状态，来评估固态电池从实验室到产业化的动向。
丰田欧洲首席执行官Didier Leroy认为，丰田固态电池技术有望大大提高纯电动汽车续航里程，并彻底改变目前新能源汽车行业的游戏规则。而其他企业也认为这是他们关注的重点。
下面是固态电池开发路径中涉及的几类过渡性的电池技术：
半固态电池（Half solid）是指正极与负极间采用固体电解质隔开，但某一极仍添加少量电解液的结构
固态电池（Nearly solid）是指电解质采用固体加固化的液体组合的电池体系
全固态电池（All Solid）是指所有电芯材料全部为真正意义上的固体材料的电池
从液态锂离子到全固态金属锂电池逐步发展路线，引用自 《固态锂电池研发愿景和策略》
在这个发展过程中，我们需要从专利、制造工艺、原材料等几个角度来探测固态电池的布局，从而判断现有锂电池体系在未来5~10年可能进行的转变，在这个过程中，锂电池设备提供商、锂电池材料提供商和电池单体制造厂家都会产生一系列的革新和变化。
一、电池专利分析
电池专利是衡量电池及整车企业在电池领域研究水平的一个重要指标。通过对专利进行分析，我们可以大概分析和整理在一个技术分支方向上的研究投入究竟有多少（当然客观上存在大量的烟雾弹）。
下面的专利分析结果显示了厂家在不同技术方向上的储备。
首先看一下材料的发展趋势，随着固态电池的发展，NCM523和石墨/硬碳负极的电池材料需求会在接下来面临变革。对于材料来说，可能意味着后续会有较大的变化，最直接受影响的是电解质和隔膜，后续正负极材料也会随之进行演变。
1）基于聚合物固态锂离子电池一般采用印刷、涂布及卷对卷技术
2）而面向硫化物和氧化物电解质的固态电池，其整个制造工艺跟传统锂离子的制造工艺是完全不一样的，每一步都需要新的制造设备
液相法工艺：通过将材料分散或溶解在溶剂中，进而使颗粒微细化或混合。在被称为碳副本的球壳状碳素材料内，注入电解质材料LGPS，通过溶剂使LGPS分散并与CR混合形成正极层。向电池加压时，除了初始衰减外，后续几乎不发生容量衰减。
采用R2R工艺实现电解质薄片化：R2R工艺中，将极片状的正极、负极以及电解质贴合制作成电芯。正极或负极一般是在集流体金属箔上面通过材料成膜形成薄片状极片。电解质要制作成薄片化却非常不容易。ORIST和泉中心与大阪府立大学辰巳砂研究室共同开发的采用R2R工艺的电解质薄片。通过在聚酰亚胺膜中打开贯通孔，在其中填充电解质材料制作完成。聚酰亚胺充当支撑结构的作用， 尽管只有20m的很薄的一个厚度，也能维持柔性且保持自身的形状。电极层极片则由产业技术综合研究所等开发，目前采用的是非R2R的贴合方式制作，这块比较高深，需要仔细整理，在此参考文献4的一些介绍。）
