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。
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)
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。
\(\displaystyle NCA:LiNi_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}O_{2}\)
(ニッケル・コバルト・アルミニウム酸リチウム)
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。
\(\displaystyle LFP:LiFePO_{4}\)
(リン酸鉄リチウム)
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。
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
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。
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 | 国 | 主な車種 | 主な正極材 |
---|---|---|---|---|---|
25% | 角型 | CATL | 中国 | Tesla model 3 | LFP |
23% | ラミネート型 | LG | 韓国 | Tesla model Y | NMC |
19% | 円筒型 | Panasonic | 日本 | Tesla model 3 | NCA |
7% | 角型 | BYD | 中国 | BYD Tang | NMC |
6% | 角型 | Samsung | 韓国 | Hyundai Ioniq 5 | NMC |
5% | ラミネート型 | SK | 韓国 | Hyundai GENESIS | NMC |
3% | ラミネート型 | AESC | 中国 | Nissan Ariya | NMC |
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。
year | OEM | model | 容量 [kWh] | 容量※1 [Wh/kg] | 正極 | 負極 | セル形状 | Battery maker |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2021 | TESLA | model 3 | 82 | 160 | NCA[1] | 黒鉛 | 円筒型 | Panasonic |
2021 | TESLA | model 3 | 60 | – | LFP[2][3] | 黒鉛 | 角型 | CATL |
2020 | TESLA | model Y | 82 | – | NMC811[4] | 黒鉛 | ラミネート型 | LG |
2019 | BMW | i3 | 42.2 | 152 | NMC[5] | 黒鉛 | 角型 | Samsung |
2019 | BYD | Tang | 82.8 | – | LFP[6] | 黒鉛 | 角型 | BYD |
2020 | Chevrolet | BOLT | 60 | 158 | NMC[5] | 黒鉛 | ラミネート型 | LG |
2021 | Hyundai | Ioniq 5 | 77.4 | – | NMC811[7] | 黒鉛 | 角型 | Samsung |
2021 | Nissan | Ariya | 90 | – | NMC811[8] | 黒鉛 | ラミネート型 | AESC |
2020 | Nissan | Leaf e+ | 62 | 151 | NMC532[5] | 黒鉛 | ラミネート型 | AESC |
2018 | Jaguar | i-PACE | 90 | 149 | NMC622[5] | 黒鉛 | ラミネート型 | LG |
2018 | Audi | e-tron | 95 | 136 | NMC622[5] | 黒鉛 | ラミネート型 | LG |
2020 | VW | ID.3 | Low: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) | 13.4 | 112.6 | LFP[12] | 黒鉛 | 角型 | Gothion High-Tech |
2020 | 五菱 (Wuling) | 宏光Mini (Hongguang Mini) | 9.3 | 103.3 | LFP[12] | 黒鉛 | 角型 | Gothion High-Tech |
2020 | 五菱 (Wuling) | 宏光Mini (Hongguang Mini) | 13.9 | 113.9 | LFP[12] | 黒鉛 | 角型 | Gothion High-Tech |
2020 | 五菱 (Wuling) | 宏光Mini (Hongguang Mini) | 13.8 | 110.4 | LFP[12] | 黒鉛 | 角型 | CATL |
2020 | 五菱 (Wuling) | 宏光Mini (Hongguang Mini) | 9.2 | 100.0 | LFP[12] | 黒鉛 | 角型 | PHYLION |
2020 | 五菱 (Wuling) | 宏光Mini (Hongguang Mini) | 13.8 | 110.4 | LMO/LFP/NCM [12] | 黒鉛 | 角型 | PHYLION |
2022 | Nissan | SAKURA | 20 | – | NMC[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
コメント
コメント一覧 (6件)
がっつり専門知識のまとめ記事ですね。
こういう形でまとめている記事ってあまりないのでとても参考になります。
コメントありがとうございます、励みになります。
私自身もまとまった記事を探していたのですが、
なかなか見つからないですよね。
新しいモデルが出ましたら、またアップデートして参りますので、
引き続きご参照いただけますと幸いです。
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