世界のEV化は一気にはならない

近年排ガス規制に基づくエンジン車を規制し電動車の普及を目指した規制が世界の趨勢なっている。
現在明らかになっている世界の規制は以下の通り。
・英国・フランス・・・2040年までにガソリン・ディーゼル車の国内販売禁止。
・ノルウエー・・・・・2025年までにガソリン・ディーセル車の国内販売禁止。
・米国・・・・・・・・カリフォルニア州など10州が独自にZEV規制を導入。
ZEV(zero emission vehicle)とは排出ガスを一切出さない自動車のこと.
ZEV規制とは、米国カリフォルニア州大気資源局(CARB:California Air       Resources Board)が施行している制度で、州内で一定台数以上
自動車を販売するメーカーに対し、ZEVを一定比率(14% : 2017年現在) 以上販売することを義務付ける制度です。(HVは含まれていない)
・中国・・・・・・・・2019年に新エネルギー規制(NEV:New Energy Vehicle)が導入される。この規制は自動車メーカーは中国で年間生産・輸入量に応じて一定比のNEVを製造販売しなくてはならないというもの。
ただし対象はEV、PHV、FCVで日本勢が得意とするHVは含まれていない。
・欧州連合(EU)・・・CAFÉ(コーポト・アベレッジ・フュエール・エコノミー)とよばれる方法で、個別モデルでは無くメーカーの平均値で規制するのが特徴。2021年から規制される。(しかし2021年でこの欧州規制をクリア出来るのは中国企業傘下のボルボとトヨタ、仏ルノー・日産、印タタ傘下のJLRの4陣営のみと言われている。)

こうした各種規制の台頭により、特に世界最大の市場である中国の規制によりこれまでEVを最優先にしてこなかったメーカーも対応に追われている。
特に中国のNEV規制や米国ZEV規制ではHVが除外されているため、HVでは圧倒的に強かったトヨタもマツダと組みEVの開発に本格的に乗り出した。
しかも両社はEV用バッテリーを現在の有機液体型ではなく、発火の心配が無く、長寿命、省スペースが期待できる全個体電池の開発を2020年中ごろまでに行うとしている。

以上の様な規制の動向からEVの普及が一気に進む様な状況ではあったが、まだ課題も沢山ありそうはいかない事になってきているようだ。
例えば
・資源調達の問題や電池生産性が高くないことから電池の調達が間に合わない(米ステラ)
・電池性能がまだ不十分で航続距離が一般的にまだ足りない。
・充電時間に時間が掛かる。
・まだまだ電池の価格が高く車の価格に対するコストウェイトが高い。
・また重量も重く燃費を下げる原因でもある。本体を軽量化するには材料(アルミ等)高額となる。
・高速道路や住宅地などの人々の移動に関わる場所により多くの充電施設が少ない。
・ガソリン価格が安くなっているので革新性だけではゼロエミッション車は広がらない。
・エコカーとみなされなかったHVが色々姿・技術を変えて台頭してEV化を阻んでいる。
・規制に対応出来ないメーカーがある。
・これから車が増得るであろう新興国、発展途上国はまだガソリン車が主体
等。

上記の内技術的課題をクリアするための方策として各種の対応策が出されている。
その1.マイルドHV
欧州規制CAFÉをクリアするための対策

マイルドHVというのは、通常のHV(ストロングHV)と違い小さなモーター、電池系で、発進時の始動に補助的に使われる。利点は電圧が低い(48V)(ストロングHVは200V)ので安全機能にたいするコストが低い。燃費の改善は少ない(約1割)だが21年の欧州規制をクリアするためには、EVが間に合わない状況で注目されるようになった。ストロングHVでトヨタの先行を許した欧州勢大手が部品メーカーも巻き込んで規格を共通化しコストを削減する戦略で、カリフォルニアのZEV規制や中国のNEV規制とは異なった方式の規制だ。
従って欧州規制(平均燃費改善)にたいしてストロングHVは大きな優位性を持っている。
その2.シリーズHV
エンジンで発電しモーターだけで駆動する独自のハイブリッド技術「eパワー」は「シリーズ・ハイブリッド」
と呼ばれ、EVの様な加速性とガソリン車並の航続距離の両立で人気を呼びつつある。
その3.レンジエクステンダー
マツダは夢のエンジンと呼ばれたロータリーエンジンは一定の回転数で発電し続ける条件下であれば、小型高出力という特徴を活かせることで、航続距離を伸ばすレンジエクステンダーとして19年に復活させる見込みだ。
現在の米・中のCO2排ガス規制では前述の通り、HVはエコカーに含まれていない。
しかしEVが一気に広がるとも思われない各種状況のため、上述した方式による電動車が当面は並行して普及して行くと考えられている。

<参考サイトリスト>
ZEV参考サイト1(zero emission vehicle)
同2:
NEV参考サイト1.
 同2.
CAFÉ参考サイト
ハイブリッドカーの豆知識
マイルドHV参考サイト
シリーズHV参考サイト
レンジエクステンダー参考サイト

(本ブログは日経産業新聞18.3.8~のNEXT CARに挑む、攻防・電動化シリーズ①~④他を参照した)

今回のブログの主旨は、エコカーとして世界中の車が一気にEVになってしまうのではないかという現状だが、実はEV化にはいろいろ課題があって一気には増えずまだしばらくは時間が掛かりそうだということです。そうすると現在やや未来先取的な感じのあるFCVとも歩調があってくるのでは無いかと言うことです。

車に関しては、全体的な規制動向、技術動向、メーカーの機種・生産動向、その他色々ありなかなか全体把握が大変ですね。

今後車載用電池に関する新しいニュースが出たらまた紹介したいと思います。

ご訪問ありがとうございました。

電気自動車(EV)用「全固体電池」が進化中

ガソリン車に変わる次世代のエコカーとして10年程前まではFCV(燃料電池車)が本命視され、水素供給基地等のインフラが整備されるまでの繋ぎとして、ハイブリッド車(HV)が位置するだろうと考えられていた時期があった。
電気自動車(EV)は電池が高価でその性能が低く、航続距離がガソリン車と太刀打ち出来なかったためだ。

しかし電池(リチウムイオン電池)の性能が上がり、環境対策として欧米の政策や大消費国中国の国策等の影響から、近年世界の潮流は圧倒的に電気自動車(EV)が主流になって来た。
それでこれまでHV、PHV、EVと距離を置いていた(かのように見えた)トヨタも大勢力をつぎ込みEVの開発に乗り出した。
そして車載用電池としてリチウムイオン電池に換わる全固体型電池が本命視されている。

現在エコカーと呼ばれているハイブリッド車(HV)、プラグインHV車(PHV)、そして電気自動車(EV)はいずれもリチウムイオン電池を使用している。

そのリチウムイオン電池はリチウムイオンの通り道として有機液体電解質が使われており
電池性能として航続距離が短い、充電時間が長い、そして液漏れや発火等の安全性の問題がある。

特に安全性の問題に関しては燃えない物質でできないか、液漏れしない固体できないかと20年以上前から考えられていたのだが、リチウムイオンがスムーズに流れる(イオン伝導率が高い)固体電解質の開発が成功しなかった。

◯固体電解質の開発
2011年トヨタと東工大の菅野了次教授(参考2-1)が共同で従来の液体電解質よりリチウムイオンを通し易い新しい固体電解質を開発した。リチウムイオンの通り易さを示すイオン伝導率の数値で従来の電解液を超えた。
更に2016年には塩素イオンを加えることによりイオン伝導率が従来の液体の電解液に較べて2倍、出力は3倍以上となった。
イオンが動きやすくなると電池の出力が高まり、EVでの発進や加速などが向上することが期待される。
これで全固体型蓄電池(参考2-2)の可能性が一気に高まった。
充放電を1000回繰り返しても容量は殆ど落ちなかった。
急速充電の可能性も期待される

◯負極材料の開発
物質・材料研究機構の高田副拠点長は従来一般的に使われてきた炭素をシリコンに置き換えた新しい負極を開発した。
この負極は容量が既存のリチウムイオン電池の約10倍となり電池全体の容量は1.5倍に増大した。
但しシリコンは充電する時に体積が4倍に膨らむためこれを抑制した上での産化技術が検討されている。

◯正極材料の開発
大阪府立大学の辰巳教授らは、正極材料に硫化リチウムを混ぜた物を使用し、リチウムイオンを動きやすくした。結果正極の容量も2倍超となった。この試作電池はでは2000回の充放電の繰り返しにも劣化しなかった。

◯更なる耐久性向上
太陽誘電は電極材料のコバルトを電解質にも加え、固体電解質を電極と一緒に焼き固めた電池を試作し、4000回の充放電を繰り返しても当初の8割の容量を保つことを確認した。

上記の様に期待を集める全固体型リチウムイオン電池だが、固体電解質にはまだ
1.急速充電で内部に結晶ができショートする問題
2.開発された固体電解質は硫黄を含んでいるため空気中の水分に触れるとガスが発生する等の問題がある。
これらの問題解決と更に量産化技術の確立が控えている。
これら成果と問題を俯瞰しながら、自動車会社、化学系各社が競って固体電解質使用の全固体リチウムイオン電池の開発を競っている。

  上記の現状まとめ(12/9日経産業新聞参考)

高出力全固体電池の開発の現状と将来性
特性 リチウム

イオン電池

全固体電池
現在 将来
出力 新材料で改善
容量 電極要改善
寿命 一部十分な結果あり
急速充電 内部結晶発生
量産 水分でガス発生

上記の様に現状は全固体型電池は開発途上であり、特に化学反応のメカニズム解明が必要と考えられている。

 

EV で出遅れていたトヨタは2020年代前半までの実用化に向け、EV用次世代バッテリー「全固体電池」の開発を急いでいる。


そしてハイブリッド車(HV)などを含めた電動車の販売を2030年ころに全販売台数の50%程度まで引き上げる計画を明らかにした。具体的には、電気自動車(EV)と燃料電池車(FCV)で100万台、HVとプラグインハイブリッド車(PHV)で450万台、合計550万台の電動車販売を目指す。

またEVを2010年に出していた日産は20年代の後半に固体電池での実用化を目指すとしている。
全固体電池は、自動車メーカー以外にも様々な企業が研究に取り組んでいる。
西独ボッシュ、村田製作所、日本特殊陶業等。
更にあの家電の英ダイソンが全固体電池を載せたEVを20年までに売り出すそうだ。

今後各社の全固体電池関連ニュースに注目して行きたい。

 

<参考資料等>
1.そもそもリチウム電池とは(リチウム電池の基礎)(おさらい)
リチウムイオン電池の豆知識
全固体電池って何だろう?
③リチウムイオン二次電池(ウィキペディア)

2.固体電池の理解に役立つお薦めサイト
参考1.菅野教授が語る、EVはこう進化する
参考2.EV向け本命 5分で完全理解「全固体電池」.
参考3リチウムイオン電池の3倍以上の出力特性をもつ全固体電池を開発

3.トヨタとパナソニックの提携発表
トヨタとパナソニックが車載用角形電池事業の協業について検討を開始
そもそもトヨタは現在のどの会社よりも早く電池開発に関心をもっていたのだ。
(自動織機を開発した豊田佐吉は1925年、革新的な電池の発明に資本金と同じ金額(当時の100万円)の賞金を掛けていた。)

 

 

 

 

EVは部材メーカーの主役交代を迫る

世界で初めての内燃機関による自動車がドイツで誕生したのは19世紀末。
その後、内燃機関車は100年以上に亘って順調に生産を拡大してきた。

しかしここに来て根本を揺るがすニュースが流れた。
フランスに次いで英国が2040年にガソリンなど化石燃料で走るエンジン車の販売を禁じる方針を発表したのだ。
また米国、中国、欧州も排ガス規制を強め、自動車メーカーはの開発と生産を加速する要に迫られており、当面は電気自動車(EV)に移行しして行くであろう。(最終的にはFCV?)

現在EV車を販売している会社は、日本では日産、三菱、米国ではテスラ、欧州ではVW他多数ある。(国、車種、内容等はここからご参照)
この様な状況の中、先日EVで出遅れているトヨタとマツダが新EVを開発する目的で提携した。
この様な状況によりEVに必須の電池関連部材やモーターなどで高い技術を持つ部品メーカーには大きなチャンスが到来したことになり、新たな主役になろうとしている。

国内にはEV向けの中核部品や素材で高いシェアを有する企業が多く存在する。

最も主要な部品であるリチウムイオン電池は、既に普及している民生用は日本が開発、製品化しながら現在韓国企業に席巻されてしまった。
しかし安全性・高機能・大容量が求められている車載用は日本がまだ優位にありこれからだ。

現に米国のテスラ車には、パナソニックが米国に工場を建設(ギガファクトリー、ネバダ州)し、テスラ車全量に納入しいる。先日テスラ社がモデル3を発売したことは大きなニュースとなった。

ガソリン車に必要な部品点数は約3万個だが、EVはエンジン関連などガソリン車の約4割の部品が不要になると言われている。

ガソリンエンジン部材とメーカー等は次の通り、
1.エンジン系
・ピストンリング・・・リケン、TPR、日本特殊陶業
・燃料噴射装置・・・ケーヒン、ミクニ
2.駆動系その他
・駆動系・・・エクセティ、エフ・シー・シー、アイシン・エイ・ダブリュウー
・マフラー等・・・住友理工、フタバ産業

一方、電気自動車EVのおもな部品は、
リチウムイオン電池、モーター、充電インフラ、インバーターに大別される。
それぞれの部品の部材とメーカーは次の通り。
1.リチウムイオン電池
セパレーター・・・旭化成、東レ、
正極材・・・・住友鉱山、戸田工業
負極材・・・日立化成、JFEケミカル
電解液・・・三菱ケミカル、宇部興産、三井化学
2.モーター
・駆動用モーター・・・明電舎、日本電産、安川電機、日立オートモーティブシステムズ
レアアース磁石・・・信越化学、日立金属
電磁鋼板・・・・・・・新日鉄住金、JFEスチール
3.インバーター
・明電舎、カルソニックカンセイ
4.充電インフラ
・日本ユニシス、豊田自動織機
5.その他
パワー半導体・・・富士電機

その成長性の期待から上記会社の株価も近年大きく上昇しているところが多く、今後も継続的な伸び及び新規な企業の台等も予想される。

いずれにせよ、環境規制、排ガス規制の強化で、EV車市場は今後急速に普及していくと予想されている。

一方高度な技術が必要であった内燃機関関連部品が不要となり、今後の産業構造が大きく変化して行くことになる。

(日経7.28参照)