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EV用リチウムイオン電池と原材料・部材のサプライチェーン (書籍 + PDF版)

EV用リチウムイオン電池と原材料・部材のサプライチェーン (書籍 + PDF版)

~電池のGWh総量と元素資源の供給バランスと諸課題~

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 「サプライ・チェーンSC」さて何だろう。2年越しのコロナ禍で、出口の見えない世相の中で、またしても無理難題が起こったか。確かに、ほんの2,3年目前までは、半導体の供給不安で、それが自動車の生産を停めるなんて、思いもよらなかった。有名なトヨタ自動車の「カンバン方式」が有るではないか、サプライ・チェーンなんて考えて、自社で部品の在庫を抱えるなんて、不合理極まりない。
 半導体のサプライ・チェーンは、大手セミコンの工場火災が発端であった。それがリチウムイオン電池の、電気自動車EVのリチウムイオン電池と、その原材料のSCまで飛び火しようとは思わなかった。しかしこれは単に飛び火ではなく、潜在的にあった諸問題が顕在化しただけの、起こるべくしておこった結果ではなかろうか。
 本書の主題は決して、“サプライ・チェーン禍“ではなく、元素資源>電池材料、特に正極材>電池製造>EVなど電動車両の製造、とのシーケンス (流れ) を定量的に、数字で追って行く作業である。欧米を中心に、2035年を目処に、ガソリン車の販売停止とEVシフトは、脱炭素 (カーボンニュートラル) の主要課題でもある。EV生産を年間1,000万台にするために、正極材の前駆体である硫酸ニッケルはどれだけ必要か…。かなり理詰めの計算が必要である。電池の総量○△GWhは○△000,000,000Wh (ゼロが9ヶ) である。
 正・負極材など9種類の化学系原材料、6種類の樹脂・金属材料から構成されるリチウムイオン電池は、SCが多くの業種にわたって細分化されている、数年かけてニッケル鉱山を掘らなければ増産が出来ない、ハイニッケル系の三元系正極材もあれば、従来のプラスチック包装材の拡大で、短時間に増産可能なセパレータの例もある。
 試算の基礎となる統計データが、十分に整備されていない産業分野だけに、精度の高い推算が出来難い面もあるが、可能な限り“マグニチュード”は間違わずに把握したい。実際の“震度”が4か5かは、個々の製品の競争力やコストに現れてくるであろう。
 筆者の力量が及ばない点も多いが、関係業界の参考なることを念頭に執筆したい。 (菅原 秀一) 。

目次

第1章 2030,2035年のEV台数と電池総量GWh

  • 1.1 主要国の自動車生産と国内登録、2019
  • 1.2 EV台数の母集団推定 (万台/年) 、2030/2035
  • 1.3 EV台数と所要電池GWh、2030/2035
  • 1.4 EVの台数と所要電池総数GWh
  • 1.5 電池総GWhとEVの台数
  • 1.6 EVなどの生産台数と電池総GWh
  • 1.7 中国のNEVの状況 (1) 、台数と%
  • 1.8 中国の新エネ車NEVの状況 (2) 、2021実績
  • 1.9 中国の新エネ車NEVの状況 (3) 、今後の方向 (1) 対数表示
  • 1.10 中国の新エネ車NEVの状況 (4) 、今後の方向 (2) リニア表示
  • 1.11 自動車の電動化プラン (世界) 、2021情報
  • 1.12 各国の発電電力 のCO2負荷 (発電端の値)
  • 1.13 gCO2/km (WLTC) 、化石燃料+充電電力 (2019)
  • 1.14 EVの脱炭素効果、HVとの比較 2019年〜2031年
  • 1.15 EU26ヶ国の新車登録2021、燃料タイプ別
  • 1.16 欧州自動車工業会ACEAデータ
  • 1.17 電動自動車の選択、2022時点
  • 1.18 HEV、ハイブリッド電動システム

第2章 EV用電池の増産計画 (一覧と戦略)

  • 2.1 日本のEV電池製造計画、国別企業一覧
  • 2.2 日本国内電池メーカーの新規計画、2019~
  • 2.3 欧州立地のEV用電池製造計画 総計292GWh (2023~)
  • 2.4 中国メーカーのEV電池製造計画、国別企業一覧
  • 2.5 韓国メーカーのEV電池製造計画、国別企業一覧
  • 2.6 東南アジア、インド地区のEVと電池生産 (計画) 2020~21/2Q情報
  • 2.7 2021/1Qと2021以降の生産能力、工場立地別 (1) 各論
  • 2.8 2021/1Qと2021以降の生産能力、工場立地別 (2) 各論
  • 2.9 EV用電池の生産能力、既存と計画 (総合)
  • 2.10 内製化に向かう自動車メーカーのEV用電池SC
  • 2.11 投資額とGWh生産規模 (2020年〜2021年) グラフ
  • 2.12 投資額とGWh生産規模 (2020年〜2021年) データ
  • 2.13 リチウムイオン電池の生産、ポジション
  • 2.14 EV電池のサプライ・チェーンSC、日米中欧韓 模式図
  • 2.15 世界のリチウムイオン電池生産額、直近12ヶ月
  • 2.16 中国リチウムイオン電池の市場 (1) 、GWh容量
  • 2.17 中国リチウムイオン電池の市場 (2) 、金額億元
  • 2.18 大手自動車メーカーの電池SC戦略

第3章 電池総量GWhに対する元素資源のマス

  • 3.1 正極材の特性 (計算データ)
  • 3.2 NCA二元系の組成とmAh/g容量
  • 3.3 NMC三元系正極材の元素組成と表記
  • 3.4 元素資源と素原料の重量比 (グラフ)
  • 3.5 元素資源と素原料の重量比 (データ)
  • 3.6 正極材のWh容量と正極材の比重量 (kg/kWh)
  • 3.7 元素資源からEV搭載電池GWhまでの過程
  • 3.8 正極材のリチウムとコバルト資源
  • 3.9 GWhあたりLiとCoの所要量 (実際値)
  • 3.10 GWhあたり正負極材その他部材所要量 (2実際値)
  • 3.11 120Ah、74Whセルの材料、部材の構成 (重量%)
  • 3.12 元素資源の所要量、世界~2030 グラフ
  • 3.13 単位の換算と表示方法

第4章 正・負極材と主要部材のサプライ・チェーン

  • 4.1 電池の原料、部材と工程のステップ
  • 4.2 化学系材料の供給SC (難易度)
  • 4.3 化学系材料の供給SC (一覧)
  • 4.4 化学系材料の供給SC、基盤の産業
  • 4.5 ニッケル系正極材、同前駆体の製造計画 (1)
  • 4.6 ニッケル系正極材、同前駆体の製造計画 (2)
  • 4.7 NCA正極材の製造規模と電池換算GWh
  • 4.8 正極材の素原料Co Ni、 鉱石>精錬>・・>合成
  • 4.9 まとめ SCトラブルへの対処方法
  • 4.10 電池の原材料関係サプライ・チェーンSC 2021/12~ 時系列 (1)
  • 4.11 電池の原材料関係サプライ・チェーンSC 2022/01~ 時系列 (2)
  • 4.12 電池の原材料関係サプライ・チェーンSC、材料別 (1)
  • 4.13 電池の原材料関係サプライ・チェーンSC、材料別 (2)

第5章 金属・樹脂部材のサプライ・チェーン

  • 5.1 金属・樹脂材料の供給SC (難易度)
  • 5.2 金属・樹脂材料の供給SC (一覧)
  • 5.3 金属・樹脂材料の供給SC、基盤の産業
  • 5.4 セパレータとバインダーの増産計画、主要メーカー
  • 5.5 バインダーポリマーの増産計画、主要メーカー
  • 5.6 セパレータの種類と製法
  • 5.7 樹脂基材セパレータの製法
  • 5.8 各種セパレータの特徴
  • 5.9 セパレータ面積の試算 EV100万台/年

第6章 全固体リチウムイオン電池などの新規材料

  • 6.1 固体電解質と材料のサプライ
    • 6.1.1 液系電解液 (質) から全固体電解質
    • 6.1.2 固体電解質と比較物質の特性
    • 6.1.3 全固体電解質のサプライ、日本
    • 6.1.4 全固体リチウムイオン・セルへの期待
    • 6.1.5 固体電解質の温度と電池の機能モデル
    • 6.1.6 リチウムイオン電池、液系と固体系棲み分け
    • 6.1.7 電解質のイオン伝導度 (理化学値)
    • 6.1.8 電解質のイオン伝導度 (デバイス値)
    • 6.1.9 電解質のイオン伝導度 (デバイス値) 、LLZ固体電解質
  • 6.2 全固体リチウムイオン電池の構成
    • 6.2.1 液体電解質リチウムイオン電池の構成
    • 6.2.2 固体電解質リチウムイオン電池の構成
    • 6.2.3 固体粒子間のLi+移動、模式図
    • 6.2.4 傾斜構造 (固体) 電解質電極板 (1)
    • 6.2.5 傾斜構造 (固体) 電解質電極板 (2)
  • 6.3 新たな界面素材の探索
    • 6.3.1 固体粒子間の接触界面、模式図
    • 6.3.2 イオン性液体の電気化学特性
    • 6.3.3 PVDF ホモポリマー、コポリマー
    • 6.3.4 PVDFポリマーの特性 ポリマーの酸素指数 (難燃性)
    • 6.3.5 PVDFポリマーの温度特性
  • 6.4 全固体リチウムイオン電池によるEVやPHV
    • 6.4.1 トヨタ自動車 株式会社 の全固体電池への取り組み 2017年〜2018年
    • 6.4.2 熱制御型PHV/HV 全固体電池システム
    • 6.4.3 ダイムラー車の電池配置と冷却方法 (検討段階)
    • 6.4.4 自動車用全固体電池、開発情報 (1) ~2021/1Q
    • 6.4.5 自動車用全固体電池、開発情報 (2) 発売時期一覧
  • 6.5 全固体リチウム・硫黄電池
    • 6.5.1 リチウム負極と硫黄正極の試算例1Ahセル
    • 6.5.2 正・負極候補の拡大と熱的特性ほか
    • 6.5.3 固体電解質の界面形成の例、AとB
    • 6.5.4 株式会社 GSユアサのリチウム・硫黄電池
  • 6.6 全固体電池における正・負極材の選択
    • 6.6.1 正・負極材のモルフォロジーと導電助剤の分散
    • 6.6.2 正負極活物質と固体電解質の界面 アイデアA,BとC
    • 6.6.3 NC二元系正極材、リチウム化と焼成+電解質層形成
    • 6.6.4 炭素系負極の構造とモルフォロジー
    • 6.6.5 炭素・黒鉛系負極材の異方性と特性
  • 6.7 まとめと展望
    • 6.7.1 NEDOの全固体電池ロードマップ
    • 6.7.2 EV用リチウムイオン電池、シナリオ#1
    • 6.7.3 EV用リチウムイオン電池、シナリオ#2
    • 6.7.4 EV用リチウムイオン電池、シナリオ#3
    • 6.7.5 パラダイム・シフト 電解液系から固体電解質へ

第7章 電池サプライ・チェーンの動向と変化

  • 7.1 EU電池規制の概要 (1)
  • 7.2 EU電池規制の概要 (2)
  • 7.3 NMC正極材の合成と硫酸塩前駆体
  • 7.4 廃電池正極層の処理と再合成 (リサイクル)
  • 7.5 廃EV電池の発生ルートと諸課題
  • 7.6 EV等の廃電池の処理と資源リサイクル
  • 7.7 EV等の電池所要量と廃電池発生の試算
  • 7.8 (引用) 電池サプライチェーン協議会、日本2021
  • 7.9 (引用) 電池サプライチェーン協議会の解説、EU電池規制

第8章 電池の特性と製造に関する基礎資料

  • 8.1 EV用電池システムの構成
    • 8.1.1 セルの構造と熱伝導 (放熱)
    • 8.1.2 大形リチウムイオン電池 (セル) の外装型式と特性 (1)
    • 8.1.3 大形リチウムイオン電池 (セル) の外装型式と特性 (2)
    • 8.1.4 EV用 (単) 電池の外装型式、多様性と選択
    • 8.1.5 EV用リチウムイオン電池の外装型式とメーカー
    • 8.1.6 円筒型セルのAh容量、体積V、表面積SとS/V
    • 8.1.7 搭載電池kWh容量と電圧諸元
    • 8.1.8 セル、モジュール (パック) 、とEVシステム
    • 8.1.9 日産自動車 LEAF 2019 電池構成
    • 8.1.10 日産自動車 LEAF 2019 EVシステム
    • 8.1.11 VW車のID.3とID.4、間接水冷方式
    • 8.1.12 TESLA社 Model-S、循環水冷方式 85kWh
    • 8.1.13 Audi eーTRON EVの間接液体冷却方式
  • 8.2 電池の特性、エネルギーとパワー
    • 8.2.1 パワータイプとエネルギータイプの放電レート
    • 8.2.2 エネルギーとパワー、トレードオフ
    • 8.2.3 エネルギー特性の低下、パワー特性の低下
    • 8.2.4 Ragone Plot、パワー特性の向上 (質量kg基準表示)
    • 8.2.5 EV用製品セルの入出力特性vs.SOC (1)
    • 8.2.6 EV用製品セルの入出力特性vs.SOC (2)
    • 8.2.7 EV製品セル出力の温度特性 (指数)
    • 8.2.8 車載電池の比容量と比出力、Ragone Plot (ラゴン・プロット)
    • 8.2.9 GSyuasa、ブルーエナジーのHV用セル特性
    • 8.2.10 Envision AECS社の電池特性
  • 8.3 主な正・負極材の化学組成と容量
    • 8.3.1 正極剤の理論容量と実用容量
    • 8.3.2 正極材製品の放電容量 (1)
    • 8.3.3 正極材製品の放電容量 (2)
    • 8.3.4 製品正極材の放電容量 (3) 20Ahセル
    • 8.3.5 二元系正極材製品の特性事例
    • 8.3.6 三元系正極材製品の特性事例
    • 8.3.7 単元系 NCA LiNiO2 (1)
    • 8.3.8 単元系 NCA LiNiO2 (2)
    • 8.3.9 NCA二元系の組成とmAh/g容量 (データ)
    • 8.3.10 三元系正極材の元素組成と表記
    • 8.3.11 元素資源と素原料の重量比 (グラフ)
    • 8.3.12 元素資源と素原料の重量比 (データ)
    • 8.3.13 炭素・黒鉛系負極材の特性 (数値は代表例)
    • 8.3.14 負極材の理論容量と比重 (比容) のマップ
    • 8.3.15 高容量負極材の化学式と理論容量
    • 8.3.16 負電極層の放電容量mAh/cm3
  • 8.4 リチウムイオン電池の製造工程と原材料
    • 8.4.1 リチウムイオン電池の製造全工程
    • 8.4.2 電池の原料、部材と工程のステップ
    • 8.4.3 リチウムイオン電池生産の分業
    • 8.4.4 電池製造設備と工程費 (大型セルの製造)
    • 8.4.5 極板の塗工パターン (正負、両面)
    • 8.4.6 負極電極板の塗工後の検査
    • 8.4.7 電極板の塗工欠陥
    • 8.4.8 電極板 (負極) の内部欠陥、検出方法
    • 8.4.9 電極板塗工の速度と目付量モデル

第9章 日本メーカーの電池生産 (経済産業省統計ほか)

  • 9.1 経済産業省、生産動態統計 分類
  • 9.2 経済産業省、生産動態統計 2021/10
  • 9.3 日本国内リチウムイオン電池生産 (1 車載+非車載)
  • 9.4 日本国内リチウムイオン電池生産 (2 非車載)
  • 9.5 日本国内*リチウムイオン電池生産 (3 車載)
  • 9.6 国内販売、電動車の種類と比率
  • 9.7 日本国内リチウムイオン電池生産 (4 車載 2030)
  • 9.8 トヨタ自動車の発表、EV350万台2030
  • 9.9 国内リチウムイオン電池メーカー (一覧)
  • 9.10 株式会社 GSユアサのリチウムイオン電池ビジネス 億円
  • 9.11 株式会社 GSユアサのリチウムイオン電池ビジネス 百万USD
  • 9.12 パナソニック*リチウムイオン電池売上
  • 参考資料一覧

執筆者

菅原 秀一

泉化研株式会社

代表

出版社

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お問い合わせ

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体裁・ページ数

A4判 カラーコピー製本 + PDF (CD-R) 200ページ

ISBNコード

978-4-907002-90-9

発行年月

2022年3月

販売元

tech-seminar.jp

価格

85,000円 (税別) / 93,500円 (税込)

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