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 Automatic Battery Pack Assembly Line For ESS

全固体電池は来るのか?

June 17 , 2025
リチウム電池の究極の形 - 全固体電池


固体電池(SSB)の利点

新エネルギー車(NEV)の航続距離は長らくバッテリーのエネルギー密度によって制約されてきました。このエネルギー密度は基本的に正極と負極の材料系によって決定されます。リチウムイオン電池(LIB)は幾度かの改良を経ており、主に正極材料の改良が進められてきました。初期のリン酸鉄リチウム(LFP)からニッケル・コバルト・マンガン(NCM)系(NCM523、NCM622など。数字はニッケル、コバルト、マンガンの比率を表します)を経て、現在では高ニッケルのNCM811へと進化しています。将来的には、リチウムを多く含むマンガン系(LRM)正極への移行が期待されます。


一方、アノード材料のブレークスルーは限定的で、グラファイトからシリコンカーボン(Si-C)複合材料への進化に留まっています。Si-Cアノードのエネルギー密度の上限は約400Wh/kgですが、リチウム金属アノード(LMA)に切り替えることで、理論上は2,600~3,500Wh/kgを実現でき、これは画期的な飛躍です。しかし、LMAは、サイクル中にリチウムデンドライトが形成されるため、従来の液体電解質(LE)とは互換性がありません。これらのデンドライトはセパレーターを貫通し、内部短絡、熱暴走、発火を引き起こします。したがって、LMAは比類のないエネルギー密度を誇るにもかかわらず、その採用には、LEのイオン伝導性とデンドライトを抑制する固体電解質(SSE)が必要であり、SSB開発の重要な推進力となっています。

同様に、LEベースのシステムは電圧制限(約4.2V)があり、高エネルギーカソードの選択肢が限られています。SSEは超高電圧カソード(例えば、高ニッケルまたは高硫黄)を可能にし、エネルギー密度をさらに高めます。

主な違い:SSBと従来のLIB
最も大きな違いは、液体電解質とセパレーターを固体電解質に置き換えた点です。安全性とエネルギー密度に加え、SSBは以下の利点も提供します。
  • 車両の軽量化 セパレーターとLE(体積の約40%、重量の約25%を占める)を廃止することで、厚みを削減します。安全性の向上により、熱管理システムも不要になり、容積効率が向上します。
  • サイクル寿命 : デンドライト抑制により、理想的な条件下で約 45,000 サイクルが可能になります。
  • 急速充電 : 数分でフル充電できます。
  • 動作温度範囲 : LEより3倍広い。


課題と開発ロードマップ
SSBは、イオン伝導率の低さ(固体‐固体電極/電解質界面の接触不良による)や高コストといった課題に直面しており、量産化には5~10年遅れています。界面抵抗を軽減するために、ハイブリッド電解質(一部液体含有)が使用され、段階的な移行が進んでいます。
  1. 半固体電池(液体含有量10%以下) – 安全性と生産の互換性を優先します。
  2. 準固体電池(液体含有量5%以下) – パフォーマンスと製造可能性のバランスをとる。
  3. 全固体電池(液体ゼロ) – 究極の目標。


半固体電池は、エネルギー密度を大幅に向上させることはできませんが、安全性(例えば、耐衝撃性、過熱性、短絡性)と製造互換性(既存のパウチセル生産ラインへのわずかな変更のみで済む)に優れています。これが、現在のEVモデルへの急速な採用の理由です。

全固体電池の開発は段階的なブレークスルーを見せています。半固体電池(液体電解質含有量≤10%)は、高い安全性と生産ラインへの適合性を備え、初めて商用化を達成しました。中国と米国の主要企業は、それぞれ酸化物と硫化物固体電解質システムに注力し、高い安定性と高いイオン伝導性を追求しています。技術ロードマップによると、準固体電池(液体含有量≤5%)は2030年から2035年にかけてブレークスルーを達成し、最終的には完全に液体を必要としない全固体電池の時代へと移行すると予測されています。


新エネルギー機器分野のイノベーターとして、 エーシーニューエナジー は、長年にわたりバッテリー研究室の研究開発設備やバッテリーパック組立設備の技術に深く関わっており、エネルギー貯蔵業界の設備ソリューションチェーン全体を網羅する事業を展開しています。


上流材料 :電池正極・負極材、電池セパレーター、テープ等
セル研究開発 : ラボ用真空ミキサー、スラリーフィルター、 電極コーティング機 ローリングプレス機、ダイカッティングマシン、 超音波スポット溶接機 、グローブボックス、バッテリーシーリングマシンなど。
パックの組み立て :リチウムセルグレーディングマシン、バッテリーセル選別マシン、バッテリーパックスポット溶接機、バッテリー総合試験機、バッテリー老化試験機など。

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