全固体電池トラックはトップランナーで混雑
2024-09-14
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経済観察誌の記者、劉暁林（リウ・シャオリン） 量産化には何年くらいかかりますか？新エネルギー車の分野におけるこの通常の命題は、最近、車両用電源バッテリーの究極の形態である全固体電池に変わりました。中国科学院の学者で清華大学教授の欧陽明高氏は今年初め、「全固体電池は我々が直面する脅威であり、課題である。中国の電池産業の優位性は、次の理由により覆される可能性がある」との声明を発表した。全固体電池の量産は米国、日本、韓国などが先行している」 リスク警告以降、全固体電池の量産スケジュールが最新ニュースで最も注目される情報となっている。中国の電池企業全体も、全固体電池を最初に生産するために時間と競う傾向を示している。
4月から9月までの5か月間、中国企業は全固体電池の研究開発成果や量産時期に関するニュースを発表し続け、2027年に始まるはずだった実用化競争が前倒しで始まった。欧陽明高氏は最近、全固体電池の実用化には時間がかかり、大規模な量産には少なくとも5年かかると改めて強調したが、電池メーカーや自動車会社が提示したスケジュールを見ると、それほど長くはかからず、待つことはできないことが示されている。 。 さよなら。
上海汽車は5月、2026年の全固体電池量産・自動車搭載まで500日のカウントダウンに入ったと発表しており、これが最も早いスケジュールとなった。全固体電池の量産化に向けて、catl は電池のリーダーとして全固体電池を重視しており、電池の研究開発の推進に対する姿勢も、口を閉ざしていたものから積極的に明らかにするようになりました。 「2027年に少量生産に達する」と、8月末には非大手電池企業の澎輝能源が全固体電池製品を発表し、「全固体電池の大きな進歩」というフレーズを掲げた。 9月初旬、威蘭新能源は「硫化物（全固体）電池が今年販売される」と発表し、電池材料分野の専門家を興奮させた。 、多くの企業が異なる固体電池を開発したことを発表しました。電解質（固体電池の核心部分）はパイロットテストを完了し、少量の供給を達成しました。9月1日のパワーバッテリーカンファレンスで、全固体電池が登場しました。初の主人公登場で話題を呼び、資本市場からの人気も相まってさらに話題が沸騰……。
中国企業の「ジャンプスタート」に刺激され、日本企業は全固体電池の量産延期を続けてきたが、最近ではトヨタが率先して2026年の量産という最新のペースを示した。ヨーロッパとアメリカの科学研究チームや電池材料サプライヤーも、全固体電池の研究開発の最新の進捗状況を常に報告しています。海外企業はこの機会を捉え、全固体電池を新エネルギー車の世界的な競争環境を逆転させる転機として利用することを楽しみにしている。すべての情報は、研究室から生産ラインまでの全固体電池間の距離が常に短縮されていることを示しています。
しかし、中国が優位に立つために利用する技術は、最も破壊的な技術である全固体電池ではなく、過渡期技術としての「半固体電池」である。今年以来、上海汽車、nio、広汽などの多くの自動車会社が新車に半固体電池を搭載し、セールスポイントとして宣伝している。しかしこの違いは、中国の電池が依然として全固体技術から覆される危険にさらされていることを示している。 「確かに、中国の強みは工業化のスピードにある」と国内電池会社幹部のハン・リャン氏（仮名）は言う。基礎材料研究の欠点を回避し、巨大な市場と産業チェーンを活用してできるだけ早期に工業化を達成し、工業化中に反復的な技術アップグレードを達成すること、これが全固体電池で時代を先取りする中国の戦略である。
しかしその一方で、半固体量産の商品価値や投資効率の合理性、技術的困難をどう打開するかなど、3年後の全固体電池量産へのカウントダウンが始まっている。全固体電池には避けられないリスクがあります。さらに重要なことは、全固体電池によってもたらされた中国の巨大な電池産業チェーンの再編と、液体電池の行き先など業界レベルでの内部転覆の問題には迅速な解決策が必要であるということだ。
量産までのカウントダウン
全固体電池はその名の通り、固体電解質を使用した電池です。従来の液体リチウム電池は主に、正極、負極、電解質、セパレータの 4 つの主要な要素で構成されています。全固体電池は、従来の液体リチウム電池の液体電解質とセパレーターを固体電解質に置き換え、新しい正極材料と負極材料を使用します。新材料と新技術の適用により、全固体電池はより小型でありながら、高い安全性、高エネルギー密度、より速い充放電速度、高い温度適応性を実現できるようになります。その中で、バッテリーの液漏れや爆発のリスクが大幅に軽減されるというメリットだけでも、新エネルギー車の価値を書き換えるのに十分だ。
このため、全固体電池は次世代電池の第一候補として認識されており、日本、韓国、欧州、米国では全固体電池の開発が国家産業戦略の最重要課題となっている。中でも、トヨタやパナソニックなどに代表されるように、日本は30年前から全固体電池の開発に着手し、欧米企業とも協力して早くから全固体電池の研究開発に投資してきた。中国は10年前に全固体電池の研究開発に着手したが、全固体電池の特許出願件数はここ5年間で急速に増加したが、総件数では依然として日本や韓国に遅れをとっている。特許の。
「全固体電池、特に全固体電池の大量生産は技術の優位性をめぐる争いに関係している。」青島能源の共同創設者兼ゼネラルマネジャーである李正氏は、誰が先に大量生産を開始するかが、新エネルギー車の競争の次の段階で誰が技術的優位性を持つかを決定するだろうと述べた。つまり、世界の動力電池出荷量の6割を占める中国が新エネルギー車分野で競争優位を維持できるかどうかは、固体電池の実用化スピードや技術力、産業チェーンの成熟度と密接に関係しているということだ。状態のバッテリー。
この危機感は、中国の全固体電池が今年急成長している主な理由でもある。研究機関、電池産業チェーン企業、自動車会社を問わず、いずれも研究所ではなく市場を利用することを選択し、半固体電池を量産でリードして新たな軌道の地位を奪い、全固体電池の工業化への第一歩。
今年5月、上海汽車グループの新エネルギー十年成果展示会で、上海汽車傘下の固体電池会社である青島能源は、第一世代の半固体電池のライトイヤー版を一括納入すると発表しただけでなく、主役となった。 -今年zhiji l6用の電池を発売するが、2025年には発表もした。2020年から同社の全固体電池はsaic自社ブランドの純電気モデルおよびハイブリッドモデルに広く搭載され、全固体電池が正式に量産される予定である-2026年製造。これは中国における全固体電池の量産としてはこれまでで最速となる。
液体電解質の含有量の漸進的な減少に従って、全固体電池の開発経路は半固体（5〜10wt%）、準固体（0〜5wt%）、全固体（0wt%）に大別できます。その中で、半固体および準固体の使用。電解質はすべて固体と液体の混合電解質です。計画によると、上海汽車の全固体電池の量産は3段階で行われ、第1段階では電解液の含有量を19％に減らし、第2段階では電解液の含有量を19％に減らす。 5% ですが、第 3 段階では 1% にまで減ります。
上海汽車の工業化構想は、最初の二段階で全固体電池技術の段階的な量産を利用し、上海汽車の巨大な産業規模に依存して、新たな上流と下流の産業チェーン、特に主要材料、中核設備の上流供給を育成することである。 、などのサプライヤーと協力し、上海汽車グループの独立ブランドによる大規模な全固体電池技術開発の機会と組み合わせることで、産業チェーン全体のアップグレードを達成し、全固体電池の量産を達成することができます。 。
これはほとんどの自動車会社の考え方でもあります。これまで、主流の自動車会社のほか、catl、funeng technology、guoxuan hi-tech、xinwangda、tianqi lithium、yiwei lithium、ganfeng lithium、huinen technology に代表される電池メーカーに代表されるリチウム電池材料メーカーが、全固体電池関連製品の発売リズムを発表した。さらに、tailan、weilan、qingtaoなどの全固体電池スタートアップ企業の量産ペースも注目を集めている。
全固体化を段階的に実現することは、国内電池メーカーの常道でもある。 funeng technology の内部関係者によると、funeng technology は今後 5 ～ 10 年で半固体電池から全固体電池までの製品化を完了し、その間に 3 回の技術アップグレードを行う予定であるとのこと。その中で、第1世代のソフトパック半固体電池は2021年に量産されています。その後、funeng technologyは第2世代と第3世代の半固体電池のアップグレード製品を発売し、電解液の含有量を段階的に減らし、性能を向上させます。電池セルの性能を向上させるために、ついに全固体電池が導入されました。
半固体電池：半製品、あるいは避けられない道
しかし、2027年に全固体電池が少量生産されるという一般的な予測から判断すると、半固体電池のビジネスサイクルはわずか3年と思われる。このような短い使用サイクルにおいて、半固体電池の商品価値は高いのでしょうか?
実際、業界では半固体電池技術の大量生産の合理性について論争がないわけではない。半固体電池の性能面での最大の特徴は、電解質が完全な固体ではなく、一定の割合で液体を含んでいることです。半固体電池は液体電池に比べて走行距離やコストパフォーマンスに優れ、鍼治療能力やサイクル寿命も向上します。上記の青島桃光年バージョンの半固体電池のエネルギー密度は 300wh/kg 以上です (現在の液体電池のエネルギー密度は 100wh/kg から 250wh/kg です)。バッテリー寿命は 1,000 キロメートルを超え、12 分で最大 400 キロメートルまで充電できます。最も重要なことは、現在、半固体電池は既存の電池製造プロセスと設備を最大限に活用できるポリマールートを選択することが一般的であり、製造の難易度とコストは制御可能な範囲内であるということです。
専門家は、半固体電池の量産は、既存の液体リチウムイオン電池の性能が上限に達したためだと考えているが、これは正確ではない。ハン・リャン氏は、「リチウムイオン電池技術は成熟にはほど遠い。マクロ政策、国家戦略、環境危機、市場の期待などの要因が組み合わさって巨大な産業を形成したにすぎないと考えている」と述べた。確かに、半固体電池間には潜在的な競合が存在します。
han liang 氏は、現段階では半固体電池を液体電池の改良版とみなすことを好みます。 「実装の技術的なルートから見ると、セミソリッドステートとフルソリッドステートは本質的に2つの異なる道です。適切ではない例を挙げると、セミソリッドステートはl3に限りなく近い運転支援のようなものですが、 l3インテリジェント運転とは本質的に異なります。」
中国自動車用動力電池産業イノベーション同盟のデータによると、2024年の最初の5か月で、国内の半固体電池の設置容量は1,621.8mwhに達した。業界は2024年を半固体電池の大規模量産前夜と呼び、全世界の固体電池出荷量は2025年と2030年にそれぞれ38gwhと509gwhに達すると予測している。
李正氏は、バッテリー技術に関しては、世界企業間の差は大きくなく、同じ技術段階にあると述べた。中国の動力電池の利点は主に使用規模と市場シェアに反映されています。
ディスラプション: 突破するのが難しい技術的な閾値
「10年前、日本、米国、欧州、韓国が全固体電池の量産化を進め始めましたが、非常に困難を極めました。」 li zheng 氏の見解では、コア材料の変化により、従来の電池から全固体電池への進化は、技術的および産業的変化の課題に直面しています。
これに基づき、欧陽明高の全固体電池の商業化スケジュールは、2024年に半固体電池の工業化が実施され、2027年に全固体電池製品が展開され、2027年に全固体電池の製品が展開される予定である。国営電池は2030年に本格的に生産され、生産額は1000億元を超える予定だ。 catl 会長の zeng yuqun 氏は、catl の正確な進捗状況について次のように述べています。全固体電池の技術的成熟度を評価するために 1 ～ 9 の数字を使用すると、catl は現在レベル 4 にあります。まだデバイスのサンプルをいくつか作成し、いくつかの実験を行っているだけです。検証。
「まず電解質の問題を解決し、負極の問題を解決してから、正極の問題を解決します。急ぐ必要はありません。」 「2024年世界電力電池会議のハイエンド対話」で欧陽明高氏は、全固体電池が克服すべき技術的困難はまだ多く、段階的に取り組む必要があり、やみくもに速度を追求することはできないと強調した。
中国工程院の外国人学者である孫学良氏も、全固体電池技術にはまだ多くの課題があり、その中には、電解質には硫化物、酸化物、ポリマーなどの複合材料を使用する方がよいと述べた。それとも新しい電解質を開発するのでしょうか? これらの問題はすべて解決する必要があります。
電解質を「液体」から「固体」に変えるのが最大の課題です。実験室でのサンプル開発の成功から、車両に搭載できる標準性能を備えた全固体電池を生産ラインで量産するまで、課題は同様に巨大です。
全固体電池の技術ルートは、電解質の違いにより、主に高分子固体電池、酸化物固体電池、硫化物固体電池の3つに分類されます。現在、どの技術ルートが全固体電池の主流技術としてより適しているかについて、世界的に統一された理解はありません。
具体的には、トヨタ、ホンダ、日産などの日本の自動車会社と、lg、サムスン、skiなどの韓国の電池会社はすべて硫化物技術を採用しています。このルートは量産が難しく、トヨタは当初の量産時期を2030年に延期した。アメリカの新興テクノロジー企業はドイツの自動車会社の主要パートナーであり、硫化物、酸化物、ポリマーの分野で存在感を示しています。韓国も酸化物と硫化物の並行技術を開発している。中国企業もさまざまな路線を模索している。
正極材料に関しても、産業上の観点から見ると、全固体電池の選択肢は同様に多様です。現在の正極には、主に高電圧高ニッケル三元系、リチウムリッチなマンガン系、超高ニッケル三元系、およびマンガン酸リチウムニッケルなどの負極材料 シリコン系、金属リチウムが主です。材料の多様化は全固体電池の選択性を広げる一方で、研究開発のコストとサイクルに不確実性をもたらします。
この目的のために、欧陽明高氏は、ai技術が全固体電池の研究開発において重要な役割を果たすだろうと具体的に指摘した。 「ai の大規模モデル スクリーニングの効率は確かにはるかに高くなります。実験検証のためにより実現可能な式を選別し、研究開発プロセスの迂回を減らすことができます。米国の研究開発センターではすでに ai テクノロジーが使用されています。」と han liang 氏は述べました。 ai全体 この技術はまだ初期段階にあり、モデル自体にデータが十分に供給されておらず、まだ成熟していません。実際に適用されるまでにはしばらく時間がかかります。」
全固体電池は材料に加えて、製造プロセスでも新たな課題に直面しています。このうち、酸化物電解質の調製には900℃を超える高温が必要であり、硫化物電解質の調製には組み立て環境の温度をマイナス60℃以下に保つ必要があります。 zeng yuqun 氏は、catl は現在いくつかのデバイスのサンプルを製造しているが、「これらのデバイスの使用には、6,000 気圧での高い低温性能の達成など多くの境界条件がある。これは、これらのデバイスがまだ市場に投入されていないことを意味する」と述べた。応用。"
「全固体電池の工業化は非常に困難です。それには材料科学の問題のブレークスルーが必要であるだけでなく、プロセス装置の革新と新しい産業チェーンの育成も必要です」とli zheng氏は述べた。固体電解質材料の応用の実現、新しい正極および正極材料産業の再構築、電池製造プロセスと設備への新たな開発と投資を含む、新しい産業チェーンを確立する。
全固体電池の量産におけるもう一つのネックはコストです。全固体電池に使用される負極材料は金属リチウムであり、リチウムの価格は黒鉛の価格よりもはるかに高価です。現在、全固体電池の製造コストはリチウムイオン電池の４～２５倍となっている。
総合すると、全固体電池は研究室から生産ラインに至るまでの全プロセスにおいて、材料の研究開発、生産プロセス、コストなどの面で未解決のボトルネックが存在します。 「私たちは2027年に工業化を開始するよう努めており、コストに敏感ではないいくつかの新興分野で小規模に応用することができます。最初の応用は必ずしも自動車であるとは限りませんが、低空飛行の航空機になる可能性もあります。」ハンリャンは率直に言った。
企業からの情報によれば、全固体電池の工業化のボトルネックは、量産化の前に解決しなければならない問題である。上汽青島が開示した情報によると、上汽青島が開発した全固体電池は、材料とプロセスの簡素化と革新により、セルエンドからパックエンドまでの単価を最大40％削減できるという。液体バッテリーを使用すると、コスト上の利点が非常に明らかになります。
xinchen informationの研究者zhang jinhui氏は、実験室サンプルと実際の量産製品との間には大きな隔たりがあり、量産後の全固体電池の収量と安定性が大きな課題になると指摘した。
電池産業の観点から見ると、液体電池が技術の主流から撤退すれば、電池産業チェーンにおける投資パターンも変化することは言及しておく価値があります。
これに関して欧陽明高氏は、「中国の電池産業にとって、液体電池をベースにした既存の産業チェーンはすでにかなり大規模で成熟しているため、全固体電池の配置には十分な合意が必要だ」と述べた。
技術革命は常に、新たな産業革命や新たなビジネスモデルを生み出す最大の原動力となります。しかし、あらゆる破壊的な技術革命の裏では、成熟した産業チェーンも破壊に直面することになります。新エネルギー車による内燃機関産業チェーンの破壊はその典型的な例です。今後5～10年で全固体電池の量産化に伴い、既存の動力電池産業チェーンの再構築が徐々に現れると予想される。
(出典: 経済監視ネットワーク)
