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时间:2019-12-07 16:52:36 作者:凯时百家樂在线 浏览量:54077

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丰田在全固态电池专利领域具有压倒性优势(四)  丰田的目标是引领全固体电池开发,使之成为电动汽车的“基础设备”

  瞄准全固态电池早期的低成本化

,见下图

  基于硫化物的全固态电池,由于会产生硫化氢(H2S)气体面临着安全性方面的问题。描述气体对策方法的专利截至2017年12月目前确认了约有10份申请,相对申请案件的专利总数来看占比很少。由此来看针对安全对策的全面开发预计今后才能展开,但从目前的申报状态来看至少有三个对策方向。注3)

,见下图

,如下图

  除了丰田,从专利申请趋势来看松下集中在2次电池,日产寄望于2次电池及电极技术开发,而本田重视燃料电池(图3(a))。此外,NGK,精工爱普生,TDK,富士胶片等近年来也都在积极拓展全固态电池的专利。

  瞄准全固态电池早期的低成本化

如下图

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凯时优质运营商  电池以外也有安全对策

  注3)3个方向如下:1)抑制硫化氢气体的生成本身。例如可以减少气体产生的硫化物固体电解质材料,以及用于抑制气体产生的盐基性添加剂材料等;2)不让气体逸出的相关结构,例如赋予在电解质层之间捕获硫化氢功能的方法等;3)控制气体产生量。例如气体产生监测结构,温升与产气量的关系,温度控制等。

  本文审查了1997年至2017年发布的“环保汽车电池”相关专利的日本国内备案情况。丰田汽车公司共有2434篇专利(包括丰田中央研究院和丰田工业公司,丰田单独有2094件),较其他公司,丰田汽车具有压倒性优势(图1(a))。

  图1丰田在环保汽车电池的专利申请数量上绝对领先(a)汽车制造商针对环保汽车电池的相关专利数量。(b)自2010年以来,丰田限制了申请数量。(图片来源于Smart Works,下同)。

  表1 2007〜2017年日本国内及海外所有固体电池相关专利的申请公司与申请数量,海外数据基于“WIPO Patents cope”。

  丰田公司在全固态电池相关专利申请中最为常见的技术要素关键词是“固体电解质”,“正极活性材料”,“负极活性材料”(图2(a))。可以推断,丰田稳步开展了一系列与电池基本性能(如容量密度和输入/输出特性等)相关的材料开发工作,注2)。在固体电解质方面,硫化物系固体电解质的专利数量最多,目前来看很有可能丰田认为这是正解。

  丰田在现有混合动力车(HV)中的安全措施是解决上述难题的线索。丰田不仅是考虑电池,而是考虑了结合各种外围技术的多重安全对策。例如,普瑞斯”从第1代(1997年上市)到最新款(2015年上市),就可以通过监测电压,电流和温度,控制汽车不落入危险模式中。在第2代汽车搭载的镍氢电池组Pack上,还导入了在电池Pack的树脂框体上粘贴金属(Al)箔的技术,使得充电即使产生氢气,气体也无法泄露到Pack外。丰田公司可能会以类似的想法处理硫化物的问题。

  “松下将专注于锂离子电池的高性能化,在前沿技术研发上继续发展相当于现有电池2倍(密度)电池的材料开发。同时,在代表将来方向的全固态电池研发上也会投入大量的开发资源“。但是,他表示,松下目前还没有将事业方向完全限定在提前商业化“下一代电池”上。

  丰田在现有混合动力车(HV)中的安全措施是解决上述难题的线索。丰田不仅是考虑电池,而是考虑了结合各种外围技术的多重安全对策。例如,普瑞斯”从第1代(1997年上市)到最新款(2015年上市),就可以通过监测电压,电流和温度,控制汽车不落入危险模式中。在第2代汽车搭载的镍氢电池组Pack上,还导入了在电池Pack的树脂框体上粘贴金属(Al)箔的技术,使得充电即使产生氢气,气体也无法泄露到Pack外。丰田公司可能会以类似的想法处理硫化物的问题。

  首先是地道的材料开发

  “关于全固态电池,魅力就在于其高能量密度与高安全性。对于后者,为了安全性而安装的各种装置例如冷却单元和电池监视单元,在固态电池上都有可能实现比现有的液态锂离子二次电池更精益(更简化),我们预期固态电池在这些方面潜力巨大,正在推动开发。当然包含生产在内的课题也有很多,所以对全固态电池的“规划”是非常积极的,但目前我们还处在朝着规划努力的阶段“,”2022年推出搭载全固态电池的量产车,这不是我们说的,而是为了提高包含电池在内的所有关联企业的积极性而设置的1个目标。从现在开始计算至2022年还有4~5年的时间,要实现量产的相关技术可以说是一个非常高的跨栏。”丰田汽车动力总成开发统括部长安部静生先生表示(图C-1)。

  进一步确认2015年申请专利发明人人数的话,环保汽车整体共有115人,而固态电池相关有111人,而两个主题中重复的发明人仅有1人。根据发明人的数量可以推断,全固态电池至少引进了100多名开发人员,且开发部门与开发主题明确分类。

凯时优质运营商  “关于全固态电池,魅力就在于其高能量密度与高安全性。对于后者,为了安全性而安装的各种装置例如冷却单元和电池监视单元,在固态电池上都有可能实现比现有的液态锂离子二次电池更精益(更简化),我们预期固态电池在这些方面潜力巨大,正在推动开发。当然包含生产在内的课题也有很多,所以对全固态电池的“规划”是非常积极的,但目前我们还处在朝着规划努力的阶段“,”2022年推出搭载全固态电池的量产车,这不是我们说的,而是为了提高包含电池在内的所有关联企业的积极性而设置的1个目标。从现在开始计算至2022年还有4~5年的时间,要实现量产的相关技术可以说是一个非常高的跨栏。”丰田汽车动力总成开发统括部长安部静生先生表示(图C-1)。

  首先是地道的材料开发

  松下也加强了全固态电池的开发

  本文审查了1997年至2017年发布的“环保汽车电池”相关专利的日本国内备案情况。丰田汽车公司共有2434篇专利(包括丰田中央研究院和丰田工业公司,丰田单独有2094件),较其他公司,丰田汽车具有压倒性优势(图1(a))。

1.  图1丰田在环保汽车电池的专利申请数量上绝对领先(a)汽车制造商针对环保汽车电池的相关专利数量。(b)自2010年以来,丰田限制了申请数量。(图片来源于Smart Works,下同)。

  电池以外也有安全对策

  首先是地道的材料开发

  (图3(b))推测了包含全固态电池专利数第2位的出光兴产(Idemitsu Kosan)在内的各家公司的预期用途。

  丰田公司在全固态电池相关专利申请中最为常见的技术要素关键词是“固体电解质”,“正极活性材料”,“负极活性材料”(图2(a))。可以推断,丰田稳步开展了一系列与电池基本性能(如容量密度和输入/输出特性等)相关的材料开发工作,注2)。在固体电解质方面,硫化物系固体电解质的专利数量最多,目前来看很有可能丰田认为这是正解。

  丰田公司最初将搭载的全固态电池,就是容易产生硫化氢气体的硫化物系全固态电池。“车辆事故中,如何抑制硫化氢气体产生的技术尚未确立的时候,丰田竟然就宣布在量产车上搭载硫化物系全固态电池,简直无法置信。”竞争对手汽车公司的某电池技术人员指出。

  “关于全固态电池,魅力就在于其高能量密度与高安全性。对于后者,为了安全性而安装的各种装置例如冷却单元和电池监视单元,在固态电池上都有可能实现比现有的液态锂离子二次电池更精益(更简化),我们预期固态电池在这些方面潜力巨大,正在推动开发。当然包含生产在内的课题也有很多,所以对全固态电池的“规划”是非常积极的,但目前我们还处在朝着规划努力的阶段“,”2022年推出搭载全固态电池的量产车,这不是我们说的,而是为了提高包含电池在内的所有关联企业的积极性而设置的1个目标。从现在开始计算至2022年还有4~5年的时间,要实现量产的相关技术可以说是一个非常高的跨栏。”丰田汽车动力总成开发统括部长安部静生先生表示(图C-1)。

  丰田公司在全固态电池相关专利申请中最为常见的技术要素关键词是“固体电解质”,“正极活性材料”,“负极活性材料”(图2(a))。可以推断,丰田稳步开展了一系列与电池基本性能(如容量密度和输入/输出特性等)相关的材料开发工作,注2)。在固体电解质方面,硫化物系固体电解质的专利数量最多,目前来看很有可能丰田认为这是正解。

  除了丰田,从专利申请趋势来看松下集中在2次电池,日产寄望于2次电池及电极技术开发,而本田重视燃料电池(图3(a))。此外,NGK,精工爱普生,TDK,富士胶片等近年来也都在积极拓展全固态电池的专利。

  图c-3 松下投入下一代电池研发,2017年11月29日,松下公司高级常务执行官CTO宫部义幸先生等针对松下公司的主力投入技术进行了解说。

2.  进一步确认2015年申请专利发明人人数的话,环保汽车整体共有115人,而固态电池相关有111人,而两个主题中重复的发明人仅有1人。根据发明人的数量可以推断,全固态电池至少引进了100多名开发人员,且开发部门与开发主题明确分类。

  不管开发哪一款新型电池,松下看起来都在材料开发上面掌握独门秘籍,而松下也计划继续发挥其在材料开发方面的独特优势。其中优势之一就是通过材料技术人员与AI(人工智能)技术人员合作开发新材料的“材料信息学“开发方法的活用。通过人工智能分析二次电池研究和开发中超过50年积累的材料数据(实验结果,学术论文,模拟结果等),探索新材料。它旨在将开发有效材料所需的时间减半。此外,还进一步列举了松下针对电池的分析和评估技术(图C-3(c)),可以实时显示正电极上Li离子的行为。松下有可能在短时间内发现提高容量密度,输出功率,安全性的材料和制造条件。

3.  表1 2007〜2017年日本国内及海外所有固体电池相关专利的申请公司与申请数量,海外数据基于“WIPO Patents cope”。

   像丰田这样,对全固态电池研发投入压倒性多的开发资源,并在拥有2012年推出小型电动汽车(EV)“EQ”的经验,但是即使对于这样的丰田来说,实现搭载全固态电池的EV量产化依然存在堆积如山的课题。

  表1 2007〜2017年日本国内及海外所有固体电池相关专利的申请公司与申请数量,海外数据基于“WIPO Patents cope”。

4.  注2)丰田公司还申请了其他电池结构,批量生产,电池控制等的相关专利。与量产等有关的专利申请随着今后开发的进展可能呈现增加的趋势。或者也有可能不会亲自开发。

  表1 2007〜2017年日本国内及海外所有固体电池相关专利的申请公司与申请数量,海外数据基于“WIPO Patents cope”。

  进一步确认2015年申请专利发明人人数的话,环保汽车整体共有115人,而固态电池相关有111人,而两个主题中重复的发明人仅有1人。根据发明人的数量可以推断,全固态电池至少引进了100多名开发人员,且开发部门与开发主题明确分类。

  图c-3 松下投入下一代电池研发,2017年11月29日,松下公司高级常务执行官CTO宫部义幸先生等针对松下公司的主力投入技术进行了解说。

  丰田似乎旨在加速超越行业界限的全固态电池的开发。“电池是典型的设备(重资产)行业,相当多的汽车制造商也认为有必要共同瞄准全球大量使用同一型号电池。因此针对电池,丰田无法瞄准丰田1家自制生产或是丰田集团内部单独使用,需要更广泛一些的行业合作。实际上,目前我们已经使用了松下的电池,今后可能还需要更进一步的扩展合作“(安倍先生)。

  注3)3个方向如下:1)抑制硫化氢气体的生成本身。例如可以减少气体产生的硫化物固体电解质材料,以及用于抑制气体产生的盐基性添加剂材料等;2)不让气体逸出的相关结构,例如赋予在电解质层之间捕获硫化氢功能的方法等;3)控制气体产生量。例如气体产生监测结构,温升与产气量的关系,温度控制等。

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  图3:丰田在燃料电池的相关专利依然领先,超过了重视燃料电池的本田。(a)松下包含了三洋电机。(b)出光兴产的专利关于硫化物固体电解质方面特别多。

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  “松下将专注于锂离子电池的高性能化,在前沿技术研发上继续发展相当于现有电池2倍(密度)电池的材料开发。同时,在代表将来方向的全固态电池研发上也会投入大量的开发资源“。但是,他表示,松下目前还没有将事业方向完全限定在提前商业化“下一代电池”上。

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  本文审查了1997年至2017年发布的“环保汽车电池”相关专利的日本国内备案情况。丰田汽车公司共有2434篇专利(包括丰田中央研究院和丰田工业公司,丰田单独有2094件),较其他公司,丰田汽车具有压倒性优势(图1(a))。

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