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高速化する車載情報系ネットワークの通信速度に対応するべく VGP-BPS2A 互換 、電子部品メーカーも取り組みを進めている米TE Connectivity社は、LVDSを入出力に用いるSERDES技術やUSB 2.0などによって高速の通信を行う車載システム向けのコネクタ規格であるHSD（High Speed Data）に準拠した製品を販売している（写真A）。 従来、Liイオン電池は、携帯型電子機 IBM Thinkpad X200s バッテリー器の電力源として用いられていた。Liイオン電池の技術開発を主導し、現在高いシェアを持っているのも、ソニー、三洋電機、パナソニックなどの電機メーカーである。一方、自動車メーカーやティア1サプライヤの多くは、2008年初頭まで、車載2次電池としてLiイオン電池を用いることには慎重な見方を示しており、車載Liイオン電池の開発には注力していなかった。 2008年後半以降になると、環境に対する世界的な意識の高まりやガソリン価格の高騰、加 IBM Thinkpad X300 バッテリーえてリーマンショックによる景気後退などもあり、自動車メーカーは“売れるエコカー”である電動自動車の開発に注力するようになった。これら新開発の電動自動車に用いる2次電池として注目を集めるようになったのがLiイオン電池である。そして、自動車メーカーやティア1サプライヤと電機メー IBM Thinkpad T400 バッテリーカーをはじめとするLiイオン電池メーカーとの間で、車載Liイオン電車載Liイオン電池に関する自動車メーカー、ティア1サプライヤ、電池メーカーの相関図である。2010年に入り、企業間の“合従連衡（がっしょうれんこう）”はさらに複雑さを増している。 現在、台風の目となっているのが、米国のEVベンチャー企業であるTesla MotorThinkpad T60p バッテリーs社だ。Tesla社は、2010年1月にパナソニックとEV用電池モジュールの共同開発を発表。2010年5月には、トヨタ自動車（以下、トヨタ）とEVの共同開発を行うことと、同社から出資を受けることを発表した。また、2010年11月にはパナソニックから出資を受けることが明らかになった。2010年11月に米カリフォルニア州Thinkpad X60 バッテリーで開催された自動車の展示会『LA Auto Show』では、Tesla社製の電動システムを搭載したEV「RAV4 EV」を、トヨタが公開している。 こうした動きに先立ち、2009年5月にTesla社に出資していたドイツDaimler社は、電動自動車関連でTesla社以外の企業との間でさまざまな動きを見せている。2010年3月には、中国のLiイオン電池メーカーBYD社と、中国市場向けEVを共同開発するための合弁企業を設立したThinkpad X60s バッテリー2010年4月には、フランスRenault社−日産自動車連合との間で、業務提携と相互出資を行うことを決めた。この業務提携では、車載Liイオン電池を含めたEV開発も検討分野の1つとなっている。2010年9月には、トヨタに対してHEV関連技術の供与を申し入れたという報道があった。 また、従来、電動自動車の開発に慎重な姿勢を見Thinkpad X41 バッテリー せていたスズキは、2010年5月にPHEVの実証実験を、2010年9月に電動バイクの実証実験を開始した。両車両とも、三洋電機製のLiイオン電池を採用している。 2009年夏からEV「i-MiEV」を量産している三菱自動車は、EV用Liイオン電池調達の選択肢を増やす方向性を鮮明にしている。現在は、同社が15％、ジーエス・ユアサ コーポレーション（GSユアサ）が51％、三菱商事が34％出資 PU556しているリチウムエナジー ジャパンからEV用Liイオン電池の供給を受けている。しかし、2010年7月には東芝と、2010年9月には韓国LG Chem社と、三菱自動車がEV用Liイオン電池を共同開発していることが明らかになった。 2011年以降も、車載Liイオン電池を巡る各企業間の関係はさらに複雑さを増していくだろう。日立製作所は、日産自動車が2000年に WR053発表したHEV「ティーノ ハイブリッド」などにLiイオン電池を供給したことで知られている。また、2005年には、HEVシステムを搭載するトラックやバス向けのものとして、第2世代のLiイオン電池「LIB-Ⅱ」の量産を開始している。LIB-Ⅱは、いすゞ、三菱ふそうトラック・バス、米Eaton社などに採用されており Dell PU563、その累計出荷数は120万セルを超えたという。また、2010年末からは、米General Motors（GM）社のHEVに採用された「LIB-Ⅲ」の量産を開始する予定である。さらに、開発品ではあるものの、HEV用電池セルとしてLIB-Ⅲからさらに性能を向上した「LIB-Ⅳ」や、PHEV用のLiイオン電池も発表している。 日立製作所グループにおいて、車載Liイオン電池の開発/量産を担当しているのが日立 Dell KD476ビークルエナジーである。同社のHEV用Liイオン電池では、正極や負極などに用いるベース材料を変更することなく性能の向上を実現してきた。従来から、正極材料はマンガン系、負極材料はアモルファスカーボンのままである。同社で設計開発部門担当の取締役を務める村中廉氏は、その手法について、「いかにして内部抵抗を下げるか、その1点にかかかっている」と説明する。Liイオン電池の内部抵抗は、材料やその形状から決まる電気抵抗と、充放電時に起きる化学反応に起因する抵抗に分けられる。さらに、電気抵抗や化学反応に起因する抵抗も、さまざまな要素に分解することが可 Dell Inspiron N3010バッテリー能なわけだが、それれらのさまざまな要素の組み合わせによって全体としての内部抵抗が決まる。 さまざまな要素から成る内部抵抗を Dell Inspiron Mini 10バッテリー 5下げる上で問題となるのは、Liイオン電池が閉鎖系のシステムであることだ。「閉鎖系では、1つの要素を改良して内部抵抗を下げようとしても、その要素の変更がほかの要素に影響してしまい、結局はトータルでの内部抵抗が増えてしまうことも多い。当社では、各要素のバランスを図りながら、少しずつ内部抵抗を下げていくことにより、性能の向上を果たしている」（村中氏）という。 このようなアプローチによるものであるのにもかかわらず、日立製作所の最新製品である Dell Inspiron Mini 9バッテリー LIV-Ⅳは、LIV-ⅡやLIV−Ⅲよりも大幅に性能が向上している。これは、セル形状を円筒型から角型に変更したことを大きな要因として実現された。村中氏は、「角型は、円筒型と比べて放熱性が高く、内部抵抗を小さくしやすい。このため、LIV-Ⅳでは出力密度やエネルギー密度などの性能を大幅に向上すること Dell Precision M4300バッテリーができた」と述べている。その一方で、「円筒型セルにもさまざまなメリットがある。生産性が高いので製造コストの低減が容易だし、剛性も高い。そして、当社の場合で言えば累計で120万セル以上と、すでに大きな量産実績を持っていることも重要な要素だ」とも指摘している。 なお、HEV用Liイオン電池に比べて、より大きいエネルギー密度が必要なPHEV用Liイオン電池では、電極の材料や設計を従来のものから変更した。想定している車両のタイプは、「トヨタ自動車の『プリウス プラグインハイブリッド』のように、モーターのみで数十km程度の走行が可能で、 Dell XPS M1210バッテリー電池容量が低下したときにはHEVとして走行するPHEV」（村中氏）だという。先に述べたTesla Motors社は、同社のEV「Roadster」のLiイオン電池モジュールに、ノート型パソコンなどに用いられている18650サイズ（直径18mm×長さ65mm）のLiイオン電池セルを採用している。このTesla社に対して、18650サイズの Dell Vostro 1200バッテリー 電池セルを供給する契約を2010年1月に結んだのがパナソニックである。 パナソニックで電池事業を担当しているエナジー社（旧松下電池工業）は、2006年に、それまでのコバルト系に替えて、ニッケル系の正極材料を採用した18650サイズのLiイオン電池を発表した。ニッケル系の正極材料は、コバルト系に比べてエネルギー密度を高められるものの Dell Vostro 1400バッテリー 、異常な発熱が起こりやすいなど安定性の面で問題があった。この問題に対してエナジー社は、2005年に発表したHRL（絶縁性耐熱層）技術によって対応した。HRL技術とは、セパレータと負極の間にHRLを形成することで、析出した金属Liや生産時に混入した異物による短絡熱暴走を防ぐ技術のことである。 2006年から量産を開始したニッケル系正極の Dell Latitude E6510 バッテリー電池セルの容量は2.9Ahで、コバルト系正極を用いた同社電池セルの2.6Ahよりも向上している。さらに同社は、2006年以降も、ニッケル系正極の電池セルの性能向上に努めてきた。2009年末からは3.1Ah品の量産を開始しており、2011年度からは3.4Ah品の量産を始める予定である。3.4Ah品は2.9Ah品と比べて、体積エネルギー密度が約17％、重量エネルギー密度が約12％向上している。 そして、さらなる性能向上を図るために、同社は負極材料を従来のカーボンからシリコン系合金に変更した電池セルを開発した。 Dell Latitude D420バッテリーこの電池セルの容量は4.0Ahで、2012年度から量産を開始する計画である。 シリコン系合金は、スズ系合金と並んで、負極に炭素系材料を用いる既存のLiイオン電池よりも高い容量を実現できる負極材料として知られている。これらの合金系材料を用いた場合 Dell Precision M90 バッテリー、炭素系材料を用いる場合と比べて、充電時により多くのLiイオンを負極内に貯蔵できる。このことにより高容量化が可能になるわけだが、問題になるのがLiイオンを貯蔵したときに起きる負極の体積の膨張である。炭素系材料では、容量がほぼゼロの状態から満充電の状態まで変化しても、負極の体積膨張は1.5倍程度にしかならない。しかし、合金系材料の場合、2〜4倍になってしまう。このために Dell Latitude D410バッテリー 、充放電を繰り返すと電池の構造に歪（ひずみ）が生じてしまうのである。パナソニックのエナジー社は、使用する材料の見直しや、電池セルの製造プロセスを改良することでこの問題を解決し、製品化の目処を付けたという。 なお、シリコン系合金負極を用いた4.0Ah品の体積エネルギー密度は、ニッケル系正極を用いた3.4Ah品と比べて約10％大きい。ただし、重量エネルギー密度については、出力電圧が3.4Vに下がること、重量が54gと重く Dell Latitude D505バッテリーなることもあって約5％小さくなっている。 パナソニックは、2009年10月に、2.9Ah品の電池セルを用いた電池モジュールを、EVなどの大容量を必要とする用途に展開することを発表している。現在は、顧客による評価が行われている段階で、事業化は2011年度を目標としている。「EV用だけではないが、すで Dell Inspiron 500Mバッテリーに20社以上から引き合いがある」（エナジー社）という。 同モジュールは、直列接続した7個の電池セルを20組並列に接続したもので、総計140個の電池セルを使用している。すべてを直列に接続しているわけではないので、1個のセルに問題が起こっても、それに直列接続されている残り6個のセルが使えなくなるだけで済み、モジュール全体の機能が停止する Dell Inspiron M5010バッテリーことはない。モジュールの仕様は、体積が約7l（リットル）で、重量が約8kg。出力電圧は25.2V、容量は58Ahで、電力容量は1461Whである。つまり、体積エネルギー密度は約208Wh/l、重量エネルギー密度は183Wh/kgとなる。 この電池モジュールの最 Dell Inspiron 5150バッテリー大の特徴は、大量生産による大きなコスト削減効果が期待できることだ。ノート型パソコンからEVや蓄電システムに至るまで、幅広い用途を18650サイズの電池セルでカバーしていることから、量産効果が大きいのである。現在、EV用の車載Liイオン電池の価格は、電力容量で1kWh当たり15万円〜20万円と言われている。エナジー社は、「電池モジュール1個の価格を10万円以下にしたい」と意気込む。これが実現されると、 Dell Inspiron 17Rバッテリー 1kWh当たり約6万6000円で、現在のEV用Liイオン電池の半額以下になる。また、先述したように、電池モジュールを構成する電池セルの性能が向上していることから、モジュールレベルでの性能も容易に向上させることができる。 一方、18650サイズの電池セルを用いた電 Dell Inspiron 9200バッテリー モジュールでは、サイクル寿命が課題となっている。EV用のLiイオン電池では、EVを5年間利用する前提で、電池モジュールを交換せずに累計10万kmの走行が可能であることが標準的な要求とされている。しかし、ノート型パソコンで用いられている18650サイズの電池セルでは、500回の充放電サイクルで初期の約70％まで電力容量が低下すると言われている。このままのサイクル寿命だとすれば、 Dell Inspiron 6400バッテリー 搭載する電池の容量によるものの、5年/10万kmという要求を満足させることは難しい。エナジー社は、同社の大容量電池モジュールのサイクル寿命について、「EVで用いる場合に、5年/10万kmという要求を満足できるように開発を進めている」とコメントしている。 PR |
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