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リチウム(Li)の市場価格が高騰する中、Li以外の電池内キャリアを使うさまざまな蓄電池技術の開発が急速に進んでいる。既にナトリウム(Na)イオン2次電池は量産が始まりつつあり、亜鉛(Zn)や鉄(Fe)を使う技術がそれを追う。これまでやっかいものだった二酸化炭素(CO2)をエネルギー媒体とする技術も登場。さらには、Liイオン2次電池(LIB)の数倍から10倍といった超高エネルギー密度を実現する技術の実用化も見えてきた。

 この約20年間、リチウム(Li)イオン2次電池(LIB)は蓄電池の代名詞に近かった。だが、2021年半ば以降、急速に“脱リチウム”の動きが顕在化している。表面に見えているのは量産化が始まりつつあるナトリウム(Na)イオン2次電池(NIB)、そして亜鉛(Zn)や鉄(Fe)を使う電池である。さらに水面下では炭素(C)、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、そしてフッ素(F)といった元素を電池内キャリアとして使うさまざまな次世代蓄電池技術の開発が大きく進んでいる。中には非常に高いエネルギー密度を実現できそうな技術もあり、かつては机上の空論だった“LIBの10倍のエネルギー密度"さえも現実味を増してきた。

Li価格は約1年半で16倍に

 この動きの大きな背景にはやはり、Liの供給のひっ迫がある。1年以上も高騰を続ける炭酸リチウム(Li2CO3)の価格は2022年3月初頭時点でついに2020年末の価格の16倍を超え、収束の気配はまだない。EVの台頭に加えて、ロシアがウクライナに軍事侵攻したことなどでニッケル(Ni)、AlやZnも大幅に値上がりしているが、その上げ幅は2年で3倍弱ほど。Liの高騰ぶりは突出している。

 この状況に最も危機感を抱いているのは中国かもしれない。同国はさまざまな金属資源の多くを産出し、資源に強い国という印象だが、Liの産出量割合は2016年時点で世界全体の約6%、埋蔵量でも約22%と例外的に低い注1)。2021年末時点でLi2CO3の中国国内需要の7割を輸入に頼っていることが、中国メディアでしばしば指摘されている。

注1)海外投融資情報財団調べ。産出量は2015~2016年のデータ。

性能はLFPを追い越す勢い

 こうしたLiの争奪戦激化を背景に中国CATL(寧徳時代)は、2つの方向で動いた。1つは、海外でのLi資源の権益を自ら確保する方向だ。ただ、これは必ずしもうまくいっていない。具体的には、CATLは別の中国企業が先に買収しつつあったカナダのLi資源開発会社Millennial Lithium(ML)を2021年9月に買収した。ところが、MLはその2カ月後に別のカナダのLi生産企業Lithium Americasに再買収されてしまった。横取り合戦に敗れたわけだ。

 もう1つの動きが“脱リチウム”、つまり、NIBを量産してLIBの需要を緩和することだ(図1)。正式発表は2021年7月だったが、同年5月のCATLの株主総会でNIBの量産計画を明らかにしていた。本格的な量産は2023年以降だという。

(a)発表時の様子 
(a)発表時の様子 
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(b)重量エネルギー密度は160Wh/kg
(b)重量エネルギー密度は160Wh/kg
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(c)エネルギー密度以外はLFPに勝る 
(c)エネルギー密度以外はLFPに勝る 
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(d)車載用電池パック内でLIBとの共用を想定
(d)車載用電池パック内でLIBとの共用を想定
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図1 LIBの世界最大手がNIBの量産を宣言
2021年7月末にCATLが、2023年以降のNIB量産を発表した時の様子(a)。重量エネルギー密度が160Wh/kgとやや低い他は、多くの点でリン酸鉄型のLIB(LFP)の特性を上回る(b、c)。低温での良好な動作特性を利用し、寒冷地での車載用蓄電池でLIBと共用する計画だという(d)。(写真と図:CATL)

 同社が発表したNIBの諸特性は、同社のLIBの主力製品であるリチウムリン酸鉄型(LFP)を多くの点で上回る。唯一の課題が重量エネルギー密度で、LFPが約200Wh/kgであるのに対してNIBは160Wh/kgとやや低い。ただこれも、「200Wh/kg実現の技術的なめどは立っている」(CATL)として、LFPとの性能差は急速に縮まる見通しだ。

CATLに続く企業が相次ぐ

 コスト面では、炭酸ナトリウム(Na2CO3)や食塩(NaCl)が非常に安いことから、NIBを現在のLIB並みの規模で量産できれば製造コストをLIBの7割に抑えられるという試算がある注2)。ただしこれはLiの高騰以前の試算。現在ならさらに大きなコスト差がつきそうだ。

注2)NIBの研究者である東京理科大学 教授の駒場慎一氏による試算例。

 LIB生産の最大手であるCATLがNIBの量産を発表したことは、水面下でポストLIBの技術開発を進めていた世界の企業にも大きな刺激になったようだ。例えば、インドの財閥最大手であるReliance Industries(RIL)子会社の同Reliance New Energy Solarは2021年12月末、英国のNIBベンチャーだったFaradionを1億英ポンド(当時の1英ポンド=約155円で155億円)で買収した注3)

注3)FaradionのNIBセルの重量エネルギー密度は設計値が155Wh/kg、実効値は140Wh/kgであるという。

 さらに2022年1月の展示会「CES 2022」では、中国Shenzhen PowerOak Technology(徳蘭明海科技)が、個人向けパワーコンディショナーを兼ねたポータブル電源にNIBを実装した「Bluetti NA300」とNIBの拡張電池モジュール「B480」を発表した(図2)。

図2 Naイオン2次電池の製品化も始まる
図2 Naイオン2次電池の製品化も始まる
中国Shenzhen Power Oak Technology(米国法人名はBluetti)が2022年1月のCES 2022で発表したNIB搭載の個人向けパワーコンディショナー付きポータブル電源。蓄電容量は3kWh。(写真:Bluetti)
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 同社のLFPベースのポータブル電源「Bluetti」シリーズは日本でも人気の製品。同社は明らかにしていないが、電池の供給元がCATLである可能性もありそうだ。