「夢の電池」全固体電池の開発はどこまできたか
「マネーSレポート、試験台に上がったKバッテリー③」プラットフォームの標準・経済性を確保してこそ商用化可能
成長街道を走っていた韓国産バッテリーが、予期せぬ暗礁に乗り上げた。 フォルクスワーゲンが韓国企業の主力製品であるパウチ型バッテリーの代わりに角型バッテリーを搭載し、長期的には自給率を80％水準まで拡大すると宣言したからだ。 フォルクスワーゲンを皮切りにグローバル完成車メーカーが相次いで「バッテリー独立」を宣言し、Kバッテリーの居場所がなくなるという懸念が高まっている。 バッテリー市場は全般的に拡大しているが、韓国のシェア拡大には赤信号が灯っている。 韓国が全面的に輸入に頼っている原材料価格の上昇も悪材料だ。 ムードを反転させるためには、次世代バッテリーとして注目される全固体バッテリーで超格差戦略を推進しなければならないが、量産まではまだ時間がかかるものと予想される。 岐路に立ったK-バッテリーの現状を探ってみた。
電気自動車時代のスピードが上がるにつれ、リチウムイオンバッテリーの次に、全固体バッテリーが次世代バッテリー市場の主要製品になる見通しだ。 全固体バッテリーは既存バッテリーより寿命と安全などの部分で優れている。 全固体バッテリーが商用化されれば、電気自動車市場は走行距離の増加や価格の下落などで変曲点を迎えるものと見られる。 日本・米国・欧州も早くから開発に飛び込んだ。 国内バッテリー業界がゲームチェンジャーになるためには、経済性、量産性、人材確保に時間を注がなければならないという診断が出ている。
より長く、より速く、より安全に
全固体バッテリーは、リチウムイオンバッテリーの4大素材の一つである液体電解質を固体に代替する次世代技術だ。 現在、主に使用されるリチウムイオンバッテリーは、過度な熱、圧力、衝撃を受けると液体電解質が流れ落ち、爆発の危険が発生する。
一方、固体電解質を使えば、内部に引火性の液体がなく、爆発の危険性が減る。 内部に分離膜もない。 固体電解質が分離膜の役割をするからだ。
その代わり、バッテリーの容量を増やせる活物質を満たす。 寿命が延びながらもバッテリーの大きさを半分程度に縮小できる背景だ。 バッテリーを薄くして曲げることもできる。 このような特性は、自動運転車など、多くの電力量を要求する未来モビリティにも適している。 電気自動車に全固体バッテリーを装着すれば、1回の充電で800キロ以上走行できる。
バッテリー容量は走行距離と直結し、電気車の競争力としても挙げられる。 現在運行中の電気自動車の平均走行距離は約400キロだ。 リチウムイオン電池の本数を増やして容量を増やすことはできるが、これは空間効率性を下げ、電気車の価格を引き上げる。
生産工程・素材確保の不備
全固体バッテリーはまだ開発段階だ。 固体電解質は液体電解質よりリチウムイオンの移動速度が遅く、バッテリー出力が低下するしかない。 低いイオン伝導度を改善するため、多様な固体電解質に関する研究が進められているが、性能の差は依然として残っている。
ユ・ジサン韓国電子技術研究院次世代電池研究センター長は「電解質が液体から固体に変化するだけに、全体プロセスを変えなければならない」とし「固体電解質に対する生産工程も全く確保されていない」と説明した。
経済性の問題も解決しなければならない。 現在は全固体バッテリーの素材候補群として、▲硫化物▲酸化物▲ポリマーの3種が発掘されている。 このうち、硫化物はイオン伝導度が高く有力素材とされている。 しかし、価格が高く、研究でも成分が似ている安価な素材を使用しているのが現状だ。
業界ではリチウムイオンバッテリーの密度に勝てるレベルの固体電解質の開発が行われておらず、プラットフォーム標準が決まっていないと評価した。 このような限界点を超えてこそ商用化が可能だという説明だ。
韓国電気研究院のイ・サンミン次世代電池研究センター長は「硫化物で電池を作れば既存バッテリーに比べて価格が20倍に上がる」とし「過去より開発は進んだが、まだ業界が共感できるプラットフォーム標準が決まっていない」と述べた。
2030年の商用化めぐり韓国・日本・欧州が「開発競争」
専門家と国内バッテリー業界は、全固体バッテリーの商用化時期を2027-2030年と見ている。 サムスンSDIは、自社開発プロジェクトのほか、サムスン電子総合技術院や日本研究所と協力し、全固体バッテリー技術を共同開発している。
サムスン電子総合技術院は1回の充電で走行距離800キロに1000回以上の充電・放電が可能な全固体バッテリーの研究結果を公開した。 2028年まで現代車と全固体バッテリー分野でも長期的に協力する計画だ。 現在要素技術開発段階であり、商用化は2027年以降と予想されている。
SKイノベーションはリチウムメタル形態の全固体バッテリーを開発している。 このバッテリーはエネルギー密度が1000WhL（ワット時リットル、バッテリー容量単位）以上に大きく高められるのが特徴だ。 現在、リチウムイオン電池は800WhLが限界だ。 LGエネルギーソリューションも2028年、全固体バッテリーの商用化を目標にしている。
日本の技術開発追撃も激しい。 市場調査機関テクノシステムリサーチによると、最近世界的なリチウムイオン電池のシェアは▲中国39％、▲韓国26％、▲日本23％だった。
欧州特許庁によると、全固体バッテリー関連国際特許の国別比重は日本が54％で1位、次いで▲米国（18％）▲韓国（12％）などの順だ。 日本のトヨタをはじめ、企業が全固体バッテリーの開発に拍車をかけ、次世代バッテリー戦争で先頭に立つという意志を燃やしているのだ。
日本トヨタは今年中に全固体バッテリーを搭載した試作品を公開する予定だ。 量産は2025年の計画だ。 このほか、▲村田製作所▲日立▲京セラ▲東レ▲住友化学など日本の素材メーカーも全固体バッテリーの開発に乗り出している。 独フォルクスワーゲンは米国のクォンタム・スケープとBMWはソリッドパワーと提携し、全固体バッテリーを搭載した電気自動車を2025-26年に発売する計画だ。
業界関係者は「リチウムイオンバッテリー研究が始まって100年が経ったが、ようやく電気自動車に適用している」とし「電気自動車はパラダイムの転換であるだけに迅速な量産まで時間が必要だ。 安全性と確実な収益が保証されるまではリチウムリン酸鉄バッテリーやニッケル含量を高めたMCNバッテリーなどが高価な車両を中心に徐々に広がるだろう」と述べた。
Source: かんこく！韓国の反応翻訳ブログ
