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現行のLiイオン2次電池(LIB)の開発者にノーベル化学賞が送られた2019年の翌年に、LIBを超えるリチウム硫黄(Li-S)2次電池が実用化される。Liイオンを使わない新型電池も実用化に近づいてきた。多くが現行LIBの2~5倍のエネルギー密度を備え、それでいて量産時の価格は大幅に安くなる。電池の革新が新用途開拓につながる流れは当面続く。

 2019年は、現行のLiイオン2次電池(LIB)を超える「Beyond LIB」への期待がこれまで以上に高まった年だった。理由は、現行LIBの2つの限界がいよいよ顕在化してきたことにある。

Liイオン2次電池(LIB)=狭義の定義では、正負極共にLiイオンをインターカレーションさせる、つまり金属Liなどに析出させることなく、イオンのまま材料の隙間を出入りさせることで、充放電できる電池を指す。

 2つの限界とは、(1)エネルギー密度の目立った向上がもはや見込めないこと、(2)価格の低下スピードが従来の予測よりも鈍ってきたこと、の2つである。

 (1)について、現行LIBの重量エネルギー密度はセルで最大約270Wh/kg、体積エネルギー密度は同約700Wh/Lだ。現行LIBの枠組みでは、同280Wh/kgと同800Wh/Lがほぼ限界だとみられ、今後の伸びしろは小さい。それを超えるには、正極材料に大きなブレークスルーが必要だが、「先進LIB」とも呼ばれる候補技術はいずれも充放電サイクル寿命が短く、実用化の見通しは立っていない。以前は2030年の実用化が目標だったが、最近の状況から本誌推定で2035年以降にずれ込むとみられる(図1)。

図1 2020年にも“Beyond LIB”の一部技術が実用化へ
図1 2020年にも“Beyond LIB”の一部技術が実用化へ
既存と次世代の2次電池のパッケージでのエネルギー密度を比較した。年代は実用化が始まる最短の時期(本誌推定)。次世代2次電池の多くが、既存のLIBをはるかに超えるエネルギー密度を備えるが、充放電サイクル寿命が短いことが実用化の最大の壁となっている。ただし、Zn-Ni電池は5500サイクル、AABは600サイクル、Li-S2次電池は400Wh/kgと高いエネルギー密度で100サイクルに達している。Li-S2次電池は2020年にも用途を選びながら実用化が始まりそうだ。(図:本誌が取材を基に作成)
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 (2)の価格は、最も安いセルで140米ドル/kWh台前後だとみられる。従来の予測では2030年には70~80米ドル/kWhになるとされていたが、電気自動車(EV)市場の伸び悩みを背景に、LIBの大幅増産に慎重なメーカーが多く、価格低下のペースは鈍っているもようだ。コバルト(Co)やリチウム(Li)の価格の乱高下や自動車会社が求める高品質のLIBを製造できるメーカーが限られていることも低価格化が鈍ってきた要因になっていると考えられる。

 性能が頭打ちでしかも安くもならない─。だから、LIBとは別の技術の実用化を探る動きが活発になってきている。

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