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全固体電池には、リチウムイオン電池に比べて技術的な優位点が幾つもある。

2017年05月18日 | 経済

全固体電池には、リチウムイオン電池に比べて技術的な優位点が幾つもある。
まず安全性が高いこと。電解質が固体であることで液漏れが起こらない。


2017年5月18日 木曜日

EVの課題克服?リチウムイオン電池の後釜 5月18日 日経ビジネス

 スマートフォンやEV(電気自動車)などの蓄電池として、需要が急拡大しているリチウムイオン電池。その巨大な市場の代替を狙って、急ピッチで開発が進められているのが全固体電池だ。

 電池の基本構造は正極と負極があり、その間にイオンの通り道となる電解質が満たされている。電解質として従来の液体の代わりに固体材料を用いているため、全固体電池と呼ばれる。

 全固体電池には、リチウムイオン電池に比べて技術的な優位点が幾つもある。まず安全性が高いこと。電解質が固体であることで液漏れが起こらない。また、揮発成分がないか、あってもわずかなため発火しにくい。固体電解質は硬いので、電極に析出する樹枝状結晶(デンドライト)が正極と負極を短絡(ショート)する可能性も低い。

 電解質が固体であるためセルの設計自由度が大きく増すことも優位点の一つだ。液体電解質と異なりリチウムイオンが意図しない電極に流れないため、1セル内での多層化や直並列の設計が容易となる。多数のセルを直並列に接続した従来のモジュールに比べて、個々のセルのパッケージを減らせる分、モジュールの体積も減らせる。

 高温や低温での特性が高いのも大きな長所だ。液体電解質を用いる多くのリチウムイオン電池は70度が事実上の上限温度であり、それ以上では出力電圧が低下する。低温にも弱く、マイナス30度では内部抵抗が増して十分な出力密度が確保できなくなる。全固体電池なら100度の高温でも問題なく動作し、マイナス30度の低温でも既存のリチウムイオン電池ほど性能が低下しないものが多い。

トヨタ、3分で充電するEV電池

 そのポテンシャルの高さが評価され30年以上前から国内外で開発は進められてきたが、技術的な課題をクリアできなかった。例えば、電池の基本的な性能であるエネルギー密度や出力密度が既存のリチウムイオン電池よりも全固体電池の方が低かった。他にも、製造時に加圧が必要になるなど量産が難しかったり、半導体プロセスを用いる例では小容量のセルでも、製造に長い時間を要していた。

 最近になって弱点の解消を図り、基本性能が既存のリチウムイオン電池を大きく超える開発例が相次いでいる。

 例えば、トヨタ自動車と東京工業大学などは共同で、エネルギー密度が既存のリチウムイオン電池の2倍、出力密度が同3倍以上となる全固体電池の試作に成功した。この電池をEVに搭載すれば、約3分で充電できる可能性もあるという。これなら、蓄電池を大量に積んでエネルギー容量をむやみに増やさずとも、充電頻度を増やすことで走行距離を大幅に伸ばせる。車両の軽量化や低価格化にもつながる

 積水化学工業も既存のリチウムイオン電池に用いられる液体電解質に性能が劣らないゲル状電解質(準全固体電池)を開発した。特にEV/PHV(プラグインハイブリッド車)向けでは900ワット時(Wh)/リットル(L)という高いエネルギー密度の実現にめどがついたとする。

 同社は昨年夏にリチウムイオン電池メーカーのエナックスを買収。今年3月には、ゲル状電解質を用いたリチウムイオン電池を2016年度中に住宅向けに出荷すると発表した。社長直属で「リチウムイオン電池(LB)プロジェクト」を発足させ、蓄電池事業を同社の中核事業に育てる方針も明らかにした。

 「LBプロジェクトの発足は我々が本気だという証し。5年以内に住宅向けに年間100億円、10年以内にEVやPHV向けに年間1000億円の売り上げを目指す」と同社の上ノ山智史・取締役専務執行役員は語る。

 日立造船は全固体電池を低コストに製造する技術を開発した。「バルク型」と呼ばれる大容量の全固体電池では、電極と電解質を溶液にしてから塗布して乾燥する工程を繰り返す。材料に高圧をかけて電解質を両電極に密着させる必要もあった。同社は粉体の成型などに強みのあるグループ会社の技術を生かして、電解質と電極を粉体の原料のまま成型する技術を確立した。

 製造工程を簡素にできる分、信頼性を維持しつつ、製造コストを抑えやすい。日立造船は、コストと信頼性を競合品に対する強みとして、早期の実用化を目指す。2018年にも電池メーカー向けに製造を始める計画だ。

 このほかにも旭化成、日立製作所、出光興産、村田製作所、太陽誘電など多数の日本企業が全固体電池の開発にしのぎを削っている。(中略)

2025年にはドアが閉まる?

 全固体電池などを開発、製造するメーカーの多くは、2020~25年を市場参入の目標時期とする点で一致している。EVなどが本格普及する時期を見込んだ結果のようだ。欧州の大手自動車メーカーの技術者は、「現在のリチウムイオン電池に代わる新電池の採用は2025年まではないと思っていたが、全固体電池なら2025年はあり得る」と最近の技術開発の進展を評価する。

 ただし、参入時期の設定は、こうした前向きな理由の他に別の理由もある。「開発に悠長に時間をかけていると、既存のリチウムイオン電池の製造コストが、新しい電池が追い付けないほど下がってしまい、市場に参入するチャンスがなくなる」(ある次世代リチウムイオン電池メーカー)という理由である。米国ではテスラ以外にもリチウムイオン電池の大量生産に乗り出す企業が相次いでいる。

 加えて2025年以降には、リチウム硫黄(Li-S)電池、あるいはリチウムイオン以外のイオンを使う全く新しい電池が実用化される可能性もある。「先手を打つ形で我々の新電池を実用化して、そうしたエキゾチックな電池技術の市場参入を阻まないといけない」(上述のメーカー)という姿勢も、2025年を市場参入の期限とする理由の一つになっている。全固体電池の高い潜在力を生かせるかどうか、予断を許さない。



(私のコメント)

今日は電気自動車に欠かせないバッテリーの問題ですが、電気自動車が本格的に普及しないのは、リチウムイオンバッテリーにまだまだ技術的な課題が多いからだ。リチウム電池は発火しやすく安全性に課題があるばかりでなく、コスト面や重量もかさむので高価になる。さらに充電時間の長さは実用性で問題になる。

トヨタ自動車がなかなか電気自動車に乗り出さないのはこのような課題があるからですが、画期的なバッテリーが開発されれば話は別だ。リチウムイオン電池はリチウム自身が非常に高価でありコスト高の原因になっている。それを克服する可能性のあるのが全個体電池だ。

電池はパワーがあればあるほどショートした時の危険性が高まりますが、全個体電池は液漏れも少なく発火しにくくショートも少ない。全個体電池は設計の自由度も高く多層化や直並列の設計も容易になり体積も減らせるということです。さらに個体であるために高温や低温での動作でも問題がなく、自動車の内部は100度以上にもなるし、高緯度地域ではマイナス30度以下にもなるが、動作に問題は無いようだ。

しかしまだ全個体電池はエネルギー密度や出力で低く、量産することもまだまだ課題が山積している。自動車メーカーや電池メーカーなどが長年自動車用バッテリーを研究開発しているが、試作段階ではこれらの欠点を克服したものが出来ている。エネルギー密度や出力密度が高ければ、より小型で軽量でコストの安いものができる。

現在でも自動車は世界各国で作られていますが、問題は部品や素材であり、いくら設計図をコピーして同じ部品を作っても、材質まではコピーできないから、日本製やドイツ製の部品や素材の評価が高い。電池も素材の開発で地道な研究がなされていますが、問題はその開発スピードだ。

もちろん欧米のメーカーも数千億円の費用をかけて開発していますが、今から巨大製造工場の建設にとりかかっているところもある。電池のそのものも半導体製造技術が生かされれば、コストそのものの低下にもつながる。テスラのように従来のリチウムイオン電池を大量生産することでコストダウンを図ろうとしていますが、全個体電池との開発競争になる。

気をつけなければならないのは韓国や中国のメーカーであり、DRAMや液晶パネルや太陽電池など日本が開発したものが、簡単に技術流出して大量生産されて安売りされてしまうことだ。これは日本のメーカーに責任が有り、古くなった製造ラインをまるごと韓国や中国に売って、技術がコピーされてしまうことだ。さらに定年退職した日本人技術者も一緒にくっついていく。

リチウムイオン電池もソニーが開発したものですが、今では韓国や中国メーカーに追い越されている。韓国や中国の積極的な投資に日本のメーカーが追いつかないのだ。シャープた東芝のように積極的に韓国や中国に技術供与して自分で自分の首を絞めているメーカーもある。会社の幹部や政治家が簡単にハニトラや賄賂で転んでしまうのだろう。

おそらく2020年頃には全個体電池の製造に目処がつくのでしょうが、リチウムイオン電池はリチウムを使っている限りはコストダウンにも限界があるはずだ。より安い材料を使った電池も実験レベルでは出来ている。問題はそれが量産できるかどうかですが、リチウムイオン電池も量産することに課題があったが、テスラはパナソニックと巨大工場を建設している。

ヨーロッパやアメリカでは、自動車の排ガス規制がより厳しくなり、自動車メーカーはEVを作らざるを得なくなっている。トヨタのハイブリッド車は環境規制から外されてしまった。私は自動車用電池の開発は簡単ではないと見ていましたが、2020年頃には実用的な自動車用電池が作られているかもしれない。

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24 コメント

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それだけですかね? (noname)
2017-05-18 15:23:26
>さらに定年退職した日本人技術者も一緒にくっついていく。

国外に技術を流出させたのは定年退職した方達だけでしょうか?小泉改革以降、竹中平蔵氏の口車に乗って、まだまだ働かなくては生活が成り立たない中高年のサラリーマンを不要なコストとしてリストラし、中国と韓国の企業への技術者の提供を手助けした自公政権、経営者の功罪の方が大きいでしょう。その方達も重要な技術を流出した後で再度リストラにあったという話も聞きます。

人の一生を生産機械のように償却できるかのように扱うのが自公政権の労働者への対応です。
トヨタ (Unknown)
2017-05-18 15:53:15
トヨタは、22世紀自動車と言われる「水素自動車」に一足飛びに行こうとしたのは、明らかに勇み足。事実、売上減から役員全員の賞与15%カットなどと、良くないニュースが伝わってくる。

元々、EVは後発のテスラが活躍できるように、構造は簡単。電池で動くオモチャの自動車を分解すれば分かるように、基本は電動モーターから推進力を得る。ガソリン車のように、ガソリンを燃焼させて、ピストンの上下運動を回転力に替えるような複雑な仕組みは要らない。

はっきり言えば、「だから」トヨタは、もっと言えばトヨタの技術者達はEVをパスしたかったのである。プライドが邪魔をして、あさっての水素自動車に飛びつき、EVを軽んじていたとするなら、やはり時代を見失ったと言えるだろう。

もちろん、大幅にEVに技術者の移動を図り、巻き返しに出ているのは確か。しかし、一時的にであれ、道を誤ったのは確かだろう。とにかく、世界一の自動車消費国である毒ガス国家中国の環境問題が、EV車生産の強力な後押しとなったのは間違いない。

となれば、電池の覇者が自動車業界の覇者となる可能性は、非常に大きい。
>それだけですかね? (noname) (Unknown)
2017-05-18 16:41:14
電池の開発と自公政権がなんの関係あるの?
ponponと同じく、”誰かのせい”だと愚痴をこぼす奴隷根性。
消費者としては… (ponpon)
2017-05-18 16:53:15
自動車に搭載される電池の種類などどうでも良い…。(笑)
とにかく、「購入し易い価格であること」「走行中に故障しないこと」「ランニングコストが低いこと」「走行性能がガソリン車に劣らないこと」「充電が手軽で容易であること」などを重視するかなぁ…。
ウチの車はまだガソリン車ですが、上の条件が揃うまでは電気自動車には替えないでしょうねぇ…。
そもそも、今住んでいる家だとクルマの充電すら出来ないし…。

> 水素自動車に飛びつき、EVを軽んじていた

山奥の限界過疎集落ですら電気は通っていますからねぇ…。(笑)
Unknown (前コメ)
2017-05-18 16:54:49
旭化成がEV自動車開発、秘密は京大発のベンチャー (Unknown)2017-05-17
 
旭化成、GLMとEVコンセプトカーを共同開発 ・・ 量産予定無し(衝突安全問題)
動画
https://headlines.yahoo.co.jp/videonews/jnn?a=20170517-00000065-jnn-bus_all
Unknown (転載/計器着陸で全員死亡 )
2017-05-18 17:20:37
陸自LR2機(サイバー攻撃?)計器着陸で全員死亡
http://blog.goo.ne.jp/syokunin-2008/e/c43fc2cccc57892c95d435af41c9d2c8

『コンピュータ制御の計器着陸中の墜落事故だった事実を隠したい不真面目で破廉恥な日本のマスコミ』

病人の緊急搬送を頼まれた陸自の偵察機が墜落したが、不思議なことに『計器着陸中の事故』だった事実を正しく報道せず、多くのマスコミが『飛行中』だったと読者に誤解させるような不正確極まる書き方をしている。(NHKと東京新聞だけは例外で、着陸時の事故だと正しく報じている)
機体が行方不明だった(全員死亡が確定していない)時は、まだしも陸自の偵察機が『着陸時』だった事実を伝えていた。ところが、墜落で全員死亡が確定すると、マスコミが態度を豹変さす。ほぼすべてのマスコミが『計器飛行中』の事故だと言い出したのですから怖ろしい。(計器飛行中ではなくて、正しくは計器着陸時の事故だった)
有視界飛行で着陸時の事故(パイロットの操縦ミスとか機体の不具合)ではなくて、計器での着陸時の事故(コンピュータの誤作動)だった事実をマスコミの全員が隠したいのである。

自衛隊機の墜落と同じように、世界規模のマルウェアmalware(コンピューターウイルス)によるサイバー攻撃ですが、使われているのが NSA(アメリカ国家安全保障局)の盗聴システムであり、しかもマイクロソフト社が今回のサイバー攻撃が最新のWindows 10だけ安全だと認めた事実を報じない。
二つも同時に起きたこのマスコミ不可解な態度から推察すれば、間違いなく陸自の偵察機が計器着陸に失敗して全員死亡したのは今回のサイバー攻撃が原因している。 2017/05/18(木) せみ
Unknown (Unknown)
2017-05-18 17:24:53
政府、「サイバー攻撃」に対してサイバー手段で反撃できるよう法整備を検討 TBS系(JNN) 5/17(水)

米アップル、「インド製iPhone」の生産開始 月内に発売

既婚者の小遣い月平均2万5千円 家計圧迫で過去最低に 共同通信 47NEWS 
Unknown (Unknown)
2017-05-18 17:27:34
【痛快!テキサス親父】
文在寅、共産主義者のペテンのようだ!!!! マクロン氏は国境を破壊したいのか!!!
http://www.sankei.com/world/news/170518/wor1705180008-n1.html
どんなに開発しても政府が邪魔をして足を引っ張るので難しいです! (Unknown)
2017-05-18 18:03:37
円相場、一時76円台に 戦後最高値
http://www.afpbb.com/article/economy/2790885/6965279
 +
日韓、通貨スワップ限度額を700億ドルに拡充
http://jp.reuters.com/article/marketsNews/idJPnTK064077820111019
 ↓
パナソニックが過去最大の最終赤字(赤字7800億円)
http://jp.reuters.com/article/topNews/idJPTYE81K24O20120203
 ↓
韓国サムスンが日本人技術者引き抜き加速
http://jp.reuters.com/article/topNews/idJPTYE83M01520120423
中国軍尖閣周辺を領土侵略 (Unknown)
2017-05-18 19:04:03
尖閣周辺でドローン飛行 海保が初めて確認 中国軍公船が操縦か!
↑     ↑
なんで撃ち落とさないの???人が乗ってようが即時躊躇するなよ、中国軍なら日本機撃墜するぞ!

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