④开发下一代电池技术
日本将强化下一代电池技术开发,通过绿色创新基金等,加快以全固态电池为主的下一代电池和材料(包括材料评估技术)及回收技术的开发,力争在2030年左右实现全固态电池的全面商用,确保包括卤代电池、锌负极电池等新型电池的技术优势,并完善全固态电池量产制造体系。同时,日本将完善相应的性能测试和安全评价体系,以及通过人才培养联动强化关西研究开发平台建设。
⑤拓展国内市场
日本将促进电动汽车和固定电池系统的普及,支持充电基础设施建设,到2035年实现乘用车新车销售全部为电动汽车。此外,日本将进一步确保固定电池系统安全性,并作为电力基础设施的一部分。
⑥加强人力资源保障
日本政府将提高整个产业人才保障及技能水平,到2030年,力争培养电池产业供应链人才共3万人,其中培养电池制造相关人才2.2万人,包括制造技能人才1.8万人、产品开发和评价人才0.4万人。为此,日本专门成立官产学组成的“关西电池人才培养联盟”,并提出在工科类高校和高专等设立相关专业课程,还将在产业技术综合研究所的关西中心启动操作电池生产设备的课程。
⑦完善国内电池制造和利用环境
日本将促进可持续发展,试行碳足迹规则,到2030年前建立国内电池回收利用体系;利用可再生能源扩大电力供给、降低成本负担,以提高产业竞争力;修改相关法规,提高大容量电池安全性;统一软硬件标准,促进行业规范发展。
2.2 日本积极解决电池供应链问题,部署电池技术研发计划项目
(1)本土电池上下游企业联合组建电池供应链协会
日本锂电池行业发展较早,行业发展较为成熟,目前行业内各产业链均有龙头企业。正极材料的龙头企业有日亚化学、住友金属矿山;负极材料的龙头企业有三菱化学、日立化成;隔膜的代表性企业有旭化成、东立;电解液的代表性企业有三菱化学、宇部兴产。锂电池制造的龙头企业有松下能源以及PEVE。下游新能源车厂的企业包括丰田、本田、日产等。
2021年5月,日本成立电池供应链协会(简称“BASC”),成员包括日产汽车、住友金属矿业、旭化成、松下能源和丰田锂电等55家企业,涉及日本汽车制造商、电池材料和部件供应商、电池制造商、贸易公司等。BASC会长由住友金属矿业电池材料事业本部担任,协会的宗旨是寻求政府为动力电池行业提供更多支持,以增强日本电动汽车行业在全球的竞争力。协会旨在将日本车企和电池相关企业联合起来,共同解决电池供应短缺的问题,并计划在电池再回收领域进行稀有金属的回收再利用。BASC向政府提交了政策建议,包括制定措施以确保锂、钴、镍和其他电池材料的供应安全,帮助该行业降低投资和采购成本。协会还参与相关国际标准的制定和审议。
2022年,BASC的规模扩大到100家电池领域供应链企业,计划在9月份参加锂电池国际标准会议提出日本的标准,以此用来牵制中国的标准。
(2)积极部署电池技术研发计划项目,重点发展固态电池
日本政府对锂离子电池技术的研发给予了长期稳定的支持,特别是近年来加大了对固态电池的研发投入,使日本占据了全固态电池技术相关国际专利的68%,位居全球第一。目前全球固态电池专利数排名前五的企业中,有四家是日本企业。全固态电池的能量密度接近传统锂离子电池的2倍,拥有出色的充、放电性能,将进一步缩短充电时间。由于降低了昂贵原材料的使用率,可将电池成本降至更低。目前,用于电子产品等的小型电池的实用化取得进展,而大型的车载电池仍处于开发量产技术的阶段。
日本政府、研究机构和企业广泛关注下一代电池材料开发,2014年日本成立了锂离子电池材料研究中心(以下简称LIBTEC),负责牵头实施由NEDO资助的“下一代电池材料评估技术开发”项目。LIBTEC由电池产业链相关机构和企业组成,成员包括产业技术研究所、旭化成等材料企业、松下能源等电池企业、小松制造等工艺设备机构和丰田汽车等汽车企业等,具体职责包括材料开发、电池设计、制造工艺、评价分析等。LIBTEC的研发成员由各家企业派遣的研究员和LIBTEC聘用职员组成,每两年各协会成员会更换一次派遣人员。理事长由诺贝尔化学奖得主、旭化成株式会社名誉院士吉野彰担任。
LIBTEC的发展目标是,到2025年实现高功率、较长续航里程(550 km)的电池组技术;到2030年争取将续航里程提升至800 km,并且研发灵活性更好、阻燃性能优异,适用温度范围广的电池技术。LIBTEC主要职责是在三个时期实现对下一代电池材料评估技术开发,包括:在2010—2014财年建立材料评估技术并促进国内材料制造商的快速新材料提案和提高国内电池制造商的开发效率;在2013—2017财年进行全固态电池研发计划第一阶段,主要技术包括PJ-1高电位正极(LNMO)电池、PJ-2高容量正极(锂过量固溶体)电池、PJ-3高容量负极(Si系材料和与其组合厚膜正极)电池、PJ-4阻燃电解质(4.5 V LCO||石墨电池,可进行高压安全评估)、PJ-5硫化物系统全固态电池;在2018—2022财年进行全固态电池研发计划第二阶段,开发具有全固态LIB的高性能电动汽车。
2018—2022财年,NEDO部署了全固态电池研发计划第二阶段,资助9000万美元,目标是开发第一代电池和下一代电池。第一代电池目标是开发提高现有材料电池性能和连续工艺,最终验证 450 Wh/L电池的连续工艺。下一代电池的目标是与合作的研究机构(主要是大学)合作,通过提高材料容量来制造高能量密度电池。该项目由LIBTEC牵头,京都大学、物质材料研究等研究机构以及材料、电池、汽车、工艺设备等日本动力电池产业链骨干企业等38家单位共同参与。全固态电池研发计划第二阶段的主要研究内容:一是将开发能解决全固态锂电池的大型化和量产化瓶颈的基础技术,包括固体电解质的量产与低成本合成、向电极活性物质涂敷电解质、电解质层与电极层的成膜等。二是通过组合全固态锂电池用新材料和元器件,评估单元的性能、耐久性和安全性,将制作用于掌握新材料与元器件的利弊、技术课题及是否适合单元量产工艺等的标准电池模型,并编订规格说明书及性能评估程序手册。三是开发通过计算机模拟,预测全固态锂电池的单元及电池组的不稳定性、劣化和发热情况的技术,以日本主导推进国际标准化为目标,开发关于耐久性和安全性的试验评估方法等。
2021年,NEDO部署了“电动汽车创新电池开发”项目(2021—2025年),计划投入166亿日元,旨在开发超越锂离子电池的新型电池,增强电池和汽车行业的竞争力,包括氟化物电池、锌负极电池;2021年,NEDO与丰田汽车和松下能源等企业启动新一代高效电池“全固体电池”核心技术的开发,将举全日本之力推进研发,力争实现电池产业的追赶,项目合作企业达到23家。将以量产和搭载于纯电动汽车为目标启动研究。到2030年前后将每千瓦时电池组的成本降至锂电池的1/3左右,将快速充电时间也缩短至1/3(10分钟)。
日本经济产业省通过其支援脱碳化领域研发的2万亿日元基金向日产汽车和本田汽车提供约1510亿日元(约合人民币74.9亿元)资金,支持两家企业进行全固态电池的开发。其中1205亿日元投向能量密度高的高性能蓄电池及原材料的开发、再利用技术。其余305亿日元用于新一代启动机的开发。