EVバッテリー技術の解説：LFP（リン酸鉄）、NMC（ニッケル・マンガン・コバルト）、全固体バッテリー

サムスンSDIは、すでにテスラの4680バッテリーセルの一部を生産していますが、最近、新しい固体バッテリーのテストを開始しました。

全固体バッテリーは、電気自動車に使用されている現在のバッテリー形式よりも小型で軽量、冷却効率に優れ、安全性が高いと期待されています。全固体バッテリーには、多くの可能性と将来性があります。

それでは、この新しいバッテリーが一体何なのか、また、企業が発表を行うたびに大手ニュースチャンネルが騒ぎ立てる理由について、詳しく見ていきましょう。

通常のバッテリー

全固体バッテリーについて理解すべき最も重要な点は、通常のバッテリーと比較して、材料と設計がどのように異なるかということです。 まずは通常のバッテリーについて掘り下げ、その後、全固体バッテリーについて見ていきましょう。

現在、テスラのEV、そしてEV全般では、LFPまたはNMCの2種類のバッテリーのうちの1つが使用されています。LFPバッテリーはリン酸鉄リチウム（周期表ではLiFP）で構成されており、NMCはニッケル・マンガン・コバルト（NiMnCo）で構成されています。テスラはスタンダードな航続距離の車両にはLFPバッテリーを使用しており、航続距離が長いモデルや高性能モデルにはNMCバッテリーを使用しています。

最大の違いは価格と性能です。LFPは化学反応がより安定しており劣化が少ないものの、エネルギー密度は低くなります。一方、NMCは性能が良く、エネルギー生産高が高く、エネルギー密度も高いですが、化学反応が安定しておらず劣化が早くなります。

また、これらの化学的な違いは温度にも影響します。NMCバッテリーは極寒や酷暑などの極端な気象条件下でより優れた性能を発揮します。

また、どちらのタイプのバッテリーにも液体電解質が含まれています。これは、電気伝導性があり、バッテリーパック内のイオンの移動を可能にする湿った媒介ですが、電気を伝導することはありません。 さて、次に全固体バッテリーがもたらすものは何かを見てみましょう。

全固体バッテリー

全固体バッテリーには液体電解質が含まれていません。これはすでに大きな変化です。なぜなら、通常のバッテリーパックの重量と密度の増加の大部分は、この重い液体に起因しているからです。この液体の代わりに用いられるのは、ガラスまたはセラミックの形で提供される安定した固体電解質です。

基本的に、これによりスペースが確保され、バッテリーの冷却が容易になります。そのため、現在ではスマートウォッチやその他のウェアラブルデバイス、さらにはペースメーカーにも全固体バッテリーが使用されています。実際、そのスペースの節約効果は非常に大きく、LFPやNMCバッテリーに相当する全固体バッテリーであれば、スペースは10分の1で済み、重量も同様に削減されます。

さらに、全固体バッテリーは、液体電解質の監視、コントロール、冷却に必要な追加機器を一切必要としません。バッテリーパックは固体ブロックであり、CPUなどのPCパーツと同様に冷却が可能です。

また、電解液を除去することで、車両の安全性も向上します。 バッテリーパックへ絶対に穴を開けてはならないと聞いたことがあるでしょう。電解液が除去されると、LFPやNMCバッテリーは熱暴走を起こす可能性があるからです。バッテリー自体には冷却機能がなく、この熱反応がバッテリー全体に広がり、火災につながります。さらに、電解液は可燃性で有毒である傾向があるため、バッテリー火災は非常に危険ですが、それでもEVのバッテリ火災はまだまれな現象です。

電解液は、イオンを移動させるという重要な役割を果たしているとはいえ、実際にはバッテリーの構成部品に恒久的な損傷を与え、腐食や老廃物の蓄積を引き起こす可能性があります。これがまさにバッテリーの劣化のメカニズムです。

固体電解質は、これらの問題をすべて解決します。 ほとんどの場合において。 固体電解質も時間の経過とともに劣化しますが、非常に長持ちします。 これが、多くの企業が20年という寿命と高いエネルギー密度を宣伝する理由です。

サムスンは最近の全固体電池の画期的な進歩により、500Wh/kgで20年の寿命を謳っています。テスラの最新4680バッテリーセルは、現在244~296Wh/kgです。サムスンはまた、充電速度の大幅な改善についても言及しています。9分です。これはおそらく、0%から100%ではなく、20%から80%の数字でしょう。バッテリーを保護するために、充電曲線の端では充電速度が大幅に低下する傾向があり、極端に低い充電状態は一般的ではないからです。

全固体バッテリーはどこにあるのか?

以前はウェアラブルデバイスなど、他の用途ではすでに全固体バッテリーを使用していると述べました。しかし、なぜ自動車には使用しないのでしょう。自動車は高価です。実際、電気自動車にパワーを供給するために必要なサイズと規模で製造するには、非常に高価です。テスラとサムスン、CATL、LGなどのバッテリーサプライヤーは、長年にわたり、独自に全固体バッテリープロジェクトの試作と開発に取り組んできました。

これらのスケールアップの方法が解明されれば、充電時間の改善と併せて、自動車の航続距離と寿命が大幅に改善されるでしょう。しかし、すぐそこまで迫っているとは思えません。エンジニアや科学者たちがすべてを解決するには数年かかるでしょうし、大量生産の方法を解明するにはさらに数年かかると考えられます。

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