2020-05-09

諾貝爾化學獎得主吉野彰博士看好「鋰離子二次電池」的技術突破

從IT革命到ET革命

作為日本主要化學品製造商旭化成株式會社的一員，吉野彰（Akira Yoshino）博士與德州大學奧斯丁分校的約翰·古迪納夫（John B. Goodenough）博士以及美國紐約州的賓漢頓大學的史丹利·惠丁罕（M. Stanley Whittingham）博士在2019年基於鋰離子電池的研究獲得諾貝爾化學獎的殊榮。在獲頒諾貝爾化學獎之前，吉野彰博士也受到歐洲發明家獎的表揚。受獎當時，吉野彰博士表示：「對於他的成就是奠立在專利被認可的基礎上，感到印象深刻。」諾貝爾獎委員會更將吉野彰博士評價為「鋰離子電池之父」。

吉野彰博士發明並製造鋰離子電池的原型產品，其採用碳作為陽極、氧化鈷鋰（lithium cobalt oxide）作為陰極。此外，他也發展了鋰離子電池的基礎技術：在陰極的電流收集器使用鋁，並使其得以被商品化。這些發明獲得了多件基礎專利（包括特許第2128922號、特許第1989293號以及特許第2668678號）。

鋰離子電池的出現，曾間接地造成20及21世紀的IT產業革命，而吉野彰博士認為：「我預期鋰離子電池會以ET革命（註：E代表環境或能源，T代表技術）的形式再次改變世界。近年來，因為人類所面臨的能源與環境因素的困境，鋰離子電池的使用大幅增加。隨著5G通訊技術及人工智慧的結合，電動車有很大機率成為人類實現電動化社會的開路先鋒。此外，也可以預見物聯網結合人工智慧後，將促使更多自主機器人在工作場所或家庭等場合出現」。對於這些不能缺少儲能設備的電動車、可再生能源以及小型機器人，若想要進一步普及化，則取決於鋰離子電池的容量、輸出、壽命、安全性以及成本。

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鋰離子二次電池的技術趨勢

在2009年與2014年之後，日本專利局（JPO）於2017年，再次針對鋰離子二次電池的專利申請案進行技術趨勢的調查。

在日本政府的努力下，由新能源產業技術開發機構（New Energy and Industrial Technology Development Organization，簡稱NEDO）制定的「充電電池研發路線圖（Roadmap for Rechargeable Battery R&D）」，推動了產學研的合作以及針對該技術的研究開發。根據該研發路線圖，2030年所要達成的目標是500公里的車載巡航距離以及500瓦小時/公斤的能量密度。日本在採用矽基陽極以及硫化物固態電解質的領域超越其他國家，且據悉距離商品化的時間點已不遠。此外，與其他國家相比，日本也積極主動地進行安全改善的研究。種種跡象都反應出電動車對於鋰電池的需求不斷增加，且預計未來幾年內將因為電動車的快速普及，使得鋰電池的使用量會更大幅上升。另外，除了「車輛事故安全」一直是媒體高度關注的問題之外，「成本」也是另一個重要議題。NEDO的研發路線圖將電動車所使用之二次電池的目標成本設定為40萬日元（約合4,000美元），並預計應用於中價位的電動車。

在日本，包括電池製造商、汽車製造商、材料製造商在內的眾多產業都在進行二次電池的應用研究。因此，也建議企業在確保自身技術秘密不外流且仍保有競爭優勢的同時，應該透過簡化生產和再生產工序、避免研發重疊，進一步提高成本競爭力。

前五大主要國際專利分類號（IPCs）的分佈

本文分析了2014至2019年之間所公開、與二次電池相關的日本專利申請案，下圖為專利申請量前十名的申請人，其申請案的前五大主要國際專利分類號。