本文審查了1997年至2017年發(fā)布的環(huán)保汽車電池相關(guān)專利的日本國內(nèi)備案情況。豐田汽車公司共有2434篇專利（包括豐田中央研究院和豐田工業(yè)公司，豐田單獨有2094件），較其他公司，豐田汽車具有壓倒性優(yōu)勢（圖1（a））。

注1）環(huán)保車電池主要指用于電動車，燃料電池車，混合動力車的電池。原則上，專利申請后1年零六個月才會公布，因此本文所討論趨勢是基于截至2015年所申請的專利為基礎(chǔ)。本文中全固態(tài)電池的定義是使用以無機(jī)物為主要成分的固體電解質(zhì)電池。

從豐田申請專利的詳情來看，2006年開始面向環(huán)保汽車電池的相關(guān)申請中，全固態(tài)電池的比例逐漸升高，特別是2010年以后達(dá)到了半數(shù)以上（圖1（b））。從2012年開始整體縮小了環(huán)保汽車電池的申請范圍，開發(fā)資源集中在全固態(tài)電池上。

圖1豐田在環(huán)保汽車電池的專利申請數(shù)量上絕對領(lǐng)先（a）汽車制造商針對環(huán)保汽車電池的相關(guān)專利數(shù)量。（b）自2010年以來，豐田限制了申請數(shù)量。（圖片來源于Smart Works，下同）。

進(jìn)一步確認(rèn)2015年申請專利發(fā)明人人數(shù)的話，環(huán)保汽車整體共有115人，而固態(tài)電池相關(guān)有111人，而兩個主題中重復(fù)的發(fā)明人僅有1人。根據(jù)發(fā)明人的數(shù)量可以推斷，全固態(tài)電池至少引進(jìn)了100多名開發(fā)人員，且開發(fā)部門與開發(fā)主題明確分類。

豐田公司對全固態(tài)電池的開發(fā)姿態(tài)不僅限于國內(nèi)的專利申請，在歐美以及亞洲的申請趨勢來看專利數(shù)量同樣領(lǐng)先（表1）。可以推斷，豐田公司的目標(biāo)是在全球形成專利權(quán)。

表1 2007?2017年日本國內(nèi)及海外所有固體電池相關(guān)專利的申請公司與申請數(shù)量，海外數(shù)據(jù)基于WIPO Patents cope。

首先是地道的材料開發(fā)

豐田公司在全固態(tài)電池相關(guān)專利申請中最為常見的技術(shù)要素關(guān)鍵詞是固體電解質(zhì)，正極活性材料，負(fù)極活性材料（圖2（a））。可以推斷，豐田穩(wěn)步開展了一系列與電池基本性能（如容量密度和輸入/輸出特性等）相關(guān)的材料開發(fā)工作，注2）。在固體電解質(zhì)方面，硫化物系固體電解質(zhì)的專利數(shù)量最多，目前來看很有可能豐田認(rèn)為這是正解。

圖2豐田全固態(tài)電池專利特征以及共同備案的合作公司。（a）豐田專注于提高電池基本性能的專利申請。（B）公司的共同備案申請機(jī)構(gòu)，包括產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所，靜岡大學(xué)，東京大學(xué)，名古屋工業(yè)大學(xué)，滋賀縣立大學(xué)，大阪大學(xué)等等。共同擁有專利時期將根據(jù)專利申請情況來進(jìn)行確認(rèn)。

注2）豐田公司還申請了其他電池結(jié)構(gòu)，批量生產(chǎn)，電池控制等的相關(guān)專利。與量產(chǎn)等有關(guān)的專利申請隨著今后開發(fā)的進(jìn)展可能呈現(xiàn)增加的趨勢。或者也有可能不會親自開發(fā)。

專利聯(lián)合申請情況也顯示了豐田公司一直在摸索材料開發(fā)的狀態(tài)。聯(lián)合申請機(jī)構(gòu)多為高校或者國家的科研院所，合作開發(fā)固體電解質(zhì)，負(fù)極，正極等等材料（圖2（b））。

基于硫化物的全固態(tài)電池，由于會產(chǎn)生硫化氫（H2S）氣體面臨著安全性方面的問題。描述氣體對策方法的專利截至2017年12月目前確認(rèn)了約有10份申請，相對申請案件的專利總數(shù)來看占比很少。由此來看針對安全對策的全面開發(fā)預(yù)計今后才能展開，但從目前的申報狀態(tài)來看至少有三個對策方向。注3）

注3）3個方向如下：1）抑制硫化氫氣體的生成本身。例如可以減少氣體產(chǎn)生的硫化物固體電解質(zhì)材料，以及用于抑制氣體產(chǎn)生的鹽基性添加劑材料等；2）不讓氣體逸出的相關(guān)結(jié)構(gòu)，例如賦予在電解質(zhì)層之間捕獲硫化氫功能的方法等；3）控制氣體產(chǎn)生量。例如氣體產(chǎn)生監(jiān)測結(jié)構(gòu)，溫升與產(chǎn)氣量的關(guān)系，溫度控制等。

除了豐田，從專利申請趨勢來看松下集中在2次電池，日產(chǎn)寄望于2次電池及電極技術(shù)開發(fā)，而本田重視燃料電池（圖3（a））。此外，NGK，精工愛普生，TDK，富士膠片等近年來也都在積極拓展全固態(tài)電池的專利。

（圖3（b））推測了包含全固態(tài)電池專利數(shù)第2位的出光興產(chǎn)（Idemitsu Kosan）在內(nèi)的各家公司的預(yù)期用途。

圖3：豐田在燃料電池的相關(guān)專利依然領(lǐng)先，超過了重視燃料電池的本田。（a）松下包含了三洋電機(jī)。（b）出光興產(chǎn)的專利關(guān)于硫化物固體電解質(zhì)方面特別多。

豐田的目標(biāo)是引領(lǐng)全固體電池開發(fā)，使之成為電動汽車的基礎(chǔ)設(shè)備

關(guān)于全固態(tài)電池，魅力就在于其高能量密度與高安全性。對于后者，為了安全性而安裝的各種裝置例如冷卻單元和電池監(jiān)視單元，在固態(tài)電池上都有可能實現(xiàn)比現(xiàn)有的液態(tài)鋰離子二次電池更精益（更簡化），我們預(yù)期固態(tài)電池在這些方面潛力巨大，正在推動開發(fā)。當(dāng)然包含生產(chǎn)在內(nèi)的課題也有很多，所以對全固態(tài)電池的規(guī)劃是非常積極的，但目前我們還處在朝著規(guī)劃努力的階段，2022年推出搭載全固態(tài)電池的量產(chǎn)車，這不是我們說的，而是為了提高包含電池在內(nèi)的所有關(guān)聯(lián)企業(yè)的積極性而設(shè)置的1個目標(biāo)。從現(xiàn)在開始計算至2022年還有4~5年的時間，要實現(xiàn)量產(chǎn)的相關(guān)技術(shù)可以說是一個非常高的跨欄。豐田汽車動力總成開發(fā)統(tǒng)括部長安部靜生先生表示（圖C-1）。

像豐田這樣，對全固態(tài)電池研發(fā)投入壓倒性多的開發(fā)資源，并在擁有2012年推出小型電動汽車（EV）EQ的經(jīng)驗，但是即使對于這樣的豐田來說，實現(xiàn)搭載全固態(tài)電池的EV量產(chǎn)化依然存在堆積如山的課題。

圖c-1 將在HEV汽車上過去20年的開發(fā)/量產(chǎn)的經(jīng)驗積累用在EV上。

豐田公司最初將搭載的全固態(tài)電池，就是容易產(chǎn)生硫化氫氣體的硫化物系全固態(tài)電池。車輛事故中，如何抑制硫化氫氣體產(chǎn)生的技術(shù)尚未確立的時候，豐田竟然就宣布在量產(chǎn)車上搭載硫化物系全固態(tài)電池，簡直無法置信。競爭對手汽車公司的某電池技術(shù)人員指出。

電池以外也有安全對策

豐田在現(xiàn)有混合動力車（HV）中的安全措施是解決上述難題的線索。豐田不僅是考慮電池，而是考慮了結(jié)合各種外圍技術(shù)的多重安全對策。例如，普瑞斯從第1代（1997年上市）到最新款（2015年上市），就可以通過監(jiān)測電壓，電流和溫度，控制汽車不落入危險模式中。在第2代汽車搭載的鎳氫電池組Pack上，還導(dǎo)入了在電池Pack的樹脂框體上粘貼金屬（Al）箔的技術(shù)，使得充電即使產(chǎn)生氫氣，氣體也無法泄露到Pack外。豐田公司可能會以類似的想法處理硫化物的問題。

豐田在2017年11月底，面向新聞媒體宣布關(guān)于EV，HEV，PHEV，燃料電池汽車（FCV）的汽車電動技術(shù)時，強調(diào)了在電池之外的核心技術(shù)上超過20年的技術(shù)積累。例如使用功率半導(dǎo)體的功率控制單元或者電機(jī)等的核心技術(shù)在EV汽車上同樣適用。這些HV經(jīng)驗的活用使得全固態(tài)電池可以在安全操作模式下發(fā)揮機(jī)能。

瞄準(zhǔn)全固態(tài)電池早期的低成本化

豐田似乎旨在加速超越行業(yè)界限的全固態(tài)電池的開發(fā)。電池是典型的設(shè)備（重資產(chǎn)）行業(yè)，相當(dāng)多的汽車制造商也認(rèn)為有必要共同瞄準(zhǔn)全球大量使用同一型號電池。因此針對電池，豐田無法瞄準(zhǔn)豐田1家自制生產(chǎn)或是豐田集團(tuán)內(nèi)部單獨使用，需要更廣泛一些的行業(yè)合作。實際上，目前我們已經(jīng)使用了松下的電池，今后可能還需要更進(jìn)一步的擴(kuò)展合作（安倍先生）。

為了推廣新型的全固態(tài)電池進(jìn)入市場，豐田堅持即使價格很高，也先推出去再說。一代代走來，普瑞斯所采用的電池逐步實現(xiàn)了小型化與高性能化（圖C-1（d）（e））。低成本化也在推進(jìn)當(dāng)中，長期來看，各地（制造商）都能夠逐步制造出（全固態(tài)電池）（安倍先生）。換句話說，（豐田）希望使以全固態(tài)電池為首的電動汽車用電池變成類似窗玻璃一樣的材料（上述汽車制造商技術(shù)人員）。如果真的變成那樣，則豐田獲得的全固態(tài)電池相關(guān)專利將被更廣泛地應(yīng)用于行業(yè)。

松下也加強了全固態(tài)電池的開發(fā)

向豐田提供HV蓄電池的松下公司，在2017年11月底的新聞和證券分析師簡報會上，宣布了將投入開發(fā)包括全固態(tài)電池在內(nèi)的新型電池的想法圖C-3）。 以前松下就有開發(fā)替代現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池的創(chuàng)新型儲能電池，但是這次，松下將全固態(tài)電池與其他電池進(jìn)行了分開說明。松下將其他電池稱為新原理電池。具體而言，包含多價離子電池，Li空氣電池、陰離子移動型電池等等。同時多價離子電池可以例舉（鎂）電池，陰離子移動型電池可以列舉氟離子電池等。無論哪一種，理論體積能量密度均大于液態(tài)鋰離子電池。

圖c-3 松下投入下一代電池研發(fā)，2017年11月29日，松下公司高級常務(wù)執(zhí)行官CTO宮部義幸先生等針對松下公司的主力投入技術(shù)進(jìn)行了解說。

松下將專注于鋰離子電池的高性能化，在前沿技術(shù)研發(fā)上繼續(xù)發(fā)展相當(dāng)于現(xiàn)有電池2倍（密度）電池的材料開發(fā)。同時，在代表將來方向的全固態(tài)電池研發(fā)上也會投入大量的開發(fā)資源。但是，他表示，松下目前還沒有將事業(yè)方向完全限定在提前商業(yè)化下一代電池上。

不管開發(fā)哪一款新型電池，松下看起來都在材料開發(fā)上面掌握獨門秘籍，而松下也計劃繼續(xù)發(fā)揮其在材料開發(fā)方面的獨特優(yōu)勢。其中優(yōu)勢之一就是通過材料技術(shù)人員與AI（人工智能）技術(shù)人員合作開發(fā)新材料的材料信息學(xué)開發(fā)方法的活用。通過人工智能分析二次電池研究和開發(fā)中超過50年積累的材料數(shù)據(jù)（實驗結(jié)果，學(xué)術(shù)論文，模擬結(jié)果等），探索新材料。它旨在將開發(fā)有效材料所需的時間減半。此外，還進(jìn)一步列舉了松下針對電池的分析和評估技術(shù)（圖C-3（c）），可以實時顯示正電極上Li離子的行為。松下有可能在短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)提高容量密度，輸出功率，安全性的材料和制造條件。