車載リチウムイオン電池 基礎知識&主要メーカーまとめ

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EVの最も重要な性能指標の一つであるバッテリーについて整理しました。

本記事を読むと、リチウムイオン電池の基礎知識、主要メーカー、搭載されている主要モデルが分かります。

目次

主要材料

バッテリーセルを構成する主要な4部品について説明します。

性能を決めるのは主に正極材、負極材です。

正極材

電池の正極側に使われる材料。

リチウムイオン電池の性能に最も影響します。

負極材

電池の負極側に使われる材料。

リチウムイオン電池の性能に2番目に影響します。

正極との組み合わせにより適切な材料が選定されます。

セパレーター

正極材と負極材の間に挟む絶縁材。

電解液

正極と負極の間のリチウムイオンの移動を促す電解質。

正極材料

現在使用されている主要な正極材料はNMC, NCA, LFPの3種類で、NMCとNCAで約7割を占めています。それぞれの特徴と材料を採用している主要企業は以下の通りです。

\(\displaystyle NMC:LiNi_{x} Co_{y}Mn_{z}O_{2}\)
(ニッケル・コバルト・マンガン酸リチウム)

単一セルのエネルギー密度:230~250Wh/kg[10]

三元系と呼ばれ、最も使用されている材料です。

N(ニッケル)の比率を上げることにより容量が上がります。

主要採用企業:CATL, LG, Samsung

\(\displaystyle NCA:LiNi_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}O_{2}\)
(ニッケル・コバルト・アルミニウム酸リチウム)

単一セルのエネルギー密度:322Wh/kg

最もエネルギー密度が高いと言われている正極材です。

NMCよりもCo(コバルト)使用量が少ないと言われています。

採用企業:Panasonic

\(\displaystyle LFP:LiFePO_{4}\)
(リン酸鉄リチウム)

単一セルのエネルギー密度:130~160Wh/kg

エネルギー密度は高くなく、低温性能も低いですが、低コストで耐熱性に優れ、安全性、耐久性がある材料です。

ニッケルを使用しないことから価格高騰のリスクが低い点から注目されており、中国系のメーカーを中心に使用されています。

主要採用企業:CATL, BYD

負極材料

黒鉛(グラファイト)が用いられるのが一般的で、負極材としてほとんどの車種に用いられています。

シリコンを添加することにより容量を増やす研究が盛んに行われており、Tesla model 3などに適用されています。

セルの形状

円筒型、角型、ラミネート型の3種類があります。

円筒型

長所:耐衝撃性、耐圧力性に優れる

短所:複数セルをパッケージングする際に空隙率が大きくなるため、エネルギー密度が低くなる

主要採用企業:Panasonic

角型

長所:積載しやすくエネルギー密度を高くしやすい

短所:円筒型に比べ熱が逃げにくい、耐衝撃性、耐圧力性は円筒型に劣る。

主要採用企業:CATL, BYD, Samsung

ラミネート型

長所:軽量化しやすい

短所:強度、耐衝撃、耐圧力性が低い

主要採用企業:LG, SK, AESC

主要バッテリーメーカー

シェア別に企業を並べると以下の通りです。[9]

シェア形状企業主な車種主な正極材
25%角型CATL中国Tesla model 3LFP
23%ラミネート型LG韓国Tesla model YNMC
19%円筒型Panasonic日本Tesla model 3NCA
7%角型BYD中国BYD TangNMC
6%角型Samsung韓国Hyundai Ioniq 5NMC
5%ラミネート型SK韓国Hyundai GENESISNMC
3%ラミネート型AESC中国Nissan AriyaNMC

主要な車種と使用バッテリー

主要な車種のバッテリー容量、正極材、負極材を整理しました。

yearOEMmodel容量
[kWh]
容量※1
[Wh/kg]
正極負極セル形状Battery maker
2021TESLAmodel 382160NCA[1]黒鉛円筒型Panasonic
2021TESLAmodel 360LFP[2][3]黒鉛角型CATL
2020TESLAmodel Y82NMC811[4]黒鉛ラミネート型LG
2019BMWi342.2152NMC[5]黒鉛角型Samsung
2019BYDTang82.8LFP[6]黒鉛角型BYD
2020ChevroletBOLT60158NMC[5]黒鉛ラミネート型LG
2021HyundaiIoniq 577.4NMC811[7]黒鉛角型Samsung
2021NissanAriya90NMC811[8]黒鉛ラミネート型AESC
2020NissanLeaf e+62151NMC532[5]黒鉛ラミネート型AESC
2018Jaguari-PACE90149NMC622[5]黒鉛ラミネート型LG
2018Audie-tron95136NMC622[5]黒鉛ラミネート型LG
2020VWID.3Low:82
Mid:62
High:82
NMC721[11]黒鉛ラミネート型LG
2020五菱
(Wuling)
宏光Mini
(Hongguang Mini)
13.4112.6LFP[12]黒鉛角型Gothion High-Tech
2020五菱
(Wuling)
宏光Mini
(Hongguang Mini)
9.3103.3LFP[12]黒鉛角型Gothion High-Tech
2020五菱
(Wuling)
宏光Mini
(Hongguang Mini)
13.9113.9LFP[12]黒鉛角型Gothion High-Tech
2020五菱
(Wuling)
宏光Mini
(Hongguang Mini)
13.8110.4LFP[12]黒鉛角型CATL
2020五菱
(Wuling)
宏光Mini
(Hongguang Mini)
9.2100.0LFP[12]黒鉛角型PHYLION
2020五菱
(Wuling)
宏光Mini
(Hongguang Mini)
13.8110.4LMO/LFP/NCM
[12]
黒鉛角型PHYLION
2022NissanSAKURA20NMC[13]黒鉛角型AESC

※1 セルでなく電池パックとしての単位質量あたりの容量。

References

[1]https://www.nedo.go.jp/content/100927227.pdf

[2]https://cleantechnica.com/2020/02/19/catl-built-tesla-model-3-battery-pack-will-use-prismatic-cells/

[3]https://thedriven.io/model/tesla-model-3-standard-range-plus/

[4]https://cleantechnica.com/2018/07/08/tesla-model-3-chevy-bolt-battery-packs-examined/

[5]https://pushevs.com/2020/04/04/comparison-of-different-ev-batteries-in-2020/

[6]https://evcompare.io/cars/byd/byd-tang-ev600d-%E6%99%BA%E8%81%94%E5%88%9B%E4%B8%96%E5%9E%8B-5%E5%BA%A7/

[7]https://insideevs.com/news/513540/interbattery-sk-f150-lightning-ioniq5/

[8]https://insideevs.com/news/377633/nissan-ariya-child-leaf-rogue/

[9]https://weekly-economist.mainichi.jp/articles/20210202/se1/00m/020/027000c

[10]https://poworks.com/a-comparison-of-nmc-nca-lithium-ion-battery-and-lfp-battery

[11]https://pushevs.com/2020/05/13/volkswagen-meb-details/

[12]https://www.winackbattery.com/news/Internal-Structure-of-SGMW-Wuling-Hongguang-MINI-EV-Battery-Pack.html

[13] https://response.jp/article/2022/05/27/357606.html

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この記事を書いた人

電機メーカーから自動車系メーカーへ転職し、電装系の開発を行う窓際会社員。

本ブログで自分が学んできた技術内容を発信します。

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