NIOの全固体電池の性能は?パナソニック、CATL、トヨタの電池と比較

技術系読みもの

中国の自動車メーカーNIOは、2022年末から2023年前半にかけて、NIO ET7に全固体電池を搭載すると発表した。

NIOの全固体電池の性能はいかほどなのか、QuantamScapeやトヨタの全固体電池と比較して何が違うのか、などを解説する。

NIOの全固体電池の概要

NIO DAY 2021より全固体電池の発表情報

NIOの全固体電池のお披露目でアピールされていたin-situ solidification hybrid electrolyteは、ゲル化による界面抵抗低減、Nickel-Ultrarichはカソード(正極)をNiリッチにしてエネルギー密度上げている。特別な事をしてるわけではなく、正常進化品だという認識。

NIOは全固体電池を2022年Q4に車載にするとしている。クラウドで温度管理までやると言ってるので冷却系もスマートになると思われる。

NIOと他社の違い

トヨタ、QuantumScapeなどの開発する無機セラミック電解質を用いた全固体電池は課題が多い。

充放電中の反応により接触を失う、電気化学的に不安定である、などリチウム電極と固体電解質の界面に課題がある。また、セラミックは割れやすく、充電中のリチウム電極の膨張により、電解質が粉砕することすらある。

X. Chen, W. He, L.-X. Ding, et al.
Enhancing interfacial contact in all solid state batteries with a cathode-supported solid electrolyte membrane framework
Energy Environ. Sci., 12 (3) (2019), pp. 938-944

NIOが解決策として検討したのが、電解質のゲル化。セラミック電解質に液体溶媒を添加することで、ポリマー複合材と呼ばれる柔軟性が高い電解質にする。

ゲル電解質は、界面での接触が良好となり、界面抵抗を低減できる。さらに、無機セラミックと柔らかいポリマーで構成される複合電解質は、優れた界面接触を提供し、充放電の膨張の影響を低減できる。複合電解質の組成を合理的に制御することで、界面反応を防ぐこともできる。

つまり、NIOの全固体電池は電解質の一部がゲルで完全な固体ではない。

ここが、固体のみを扱うquantumscapeやトヨタとの違いで、NIOが早期に全固体電池を商用化に結び付けることのできた要因の一つとして挙げられる。

性能の比較

各社発表値をもとに当サイトが作成(toyotaはエネルギー密度未公表)

発表値ベースでみると、NIOの全固体電池は現状販売されているどの車種の電池よりも性能が高い

Panasonicのニッケル系リチウムイオン電池(Teslaなどに採用)に対し約1.5倍、CATLが最近発表したNaイオン電池やトヨタのバイポーラ型ニッケル水素電池に対して2倍のエネルギー密度を持つ。

QuantumScapeが発表しているエネルギー密度350Wh/kgを超える。QuantumScapeの発表値はどこまで信用していいものか分からないし、NIOも詳細な技術情報を出していないので、耐久性や信頼性も含めて今後その実力が明らかになっていくものと思われる。

トヨタは開発中の全固体電池のエネルギー密度を公表していない。

サービスでも先行するNIO

Battery Swap Stationは1日312台に対応できる電池交換式のステーション。2021年に国内に500のstationを設置を予定。

自宅に充電施設を設置できないユーザのために考えられているのが、バッテリー交換ステーションであり、サブスクリプションで月1万5000円とのこと。

テスラもこのような特許を出願していたが、実現には至ってていない。NIO曰く、既に100か所以上のステーションが稼働しているとのこと。

NIOの研究開発

NeoParkと呼ばれるR&D施設

Nioは生産能力を高めるために、NIOParkと呼ばれる大規模な拠点を建設している

その広さは16,950エーカーであり、新宿区の3.5倍、テスラのフリーモント工場の12倍、トヨタのスマートシティの100倍の広さを持つ。サプライヤーと、自動車製造拠点のほとんどが設置される予定。

第1フェーズへの投資は500億人民元(現在の為替レートで7兆7,240億ドル)で、スマート製造、研究開発、リビングエリアの3つの主要エリアに分割され、従業員と訪問者のためのエコパークを設置 。

NeoParkは、環境に優しいことを目指しており、カーボンニュートラルの達成に貢献する。10,000人を超えるR&D人員と40,000人の技術者を収容することを目指す。

これだけ広大な拠点を持つメリットがあるのか疑問だが、NIOによれば、ロジスティクスの平均走行距離を考えると、ロジスティクスコストだけで1台あたり3,000人民元(463.50ドル)の節約を見込めるという。同社は、NeoParkの完成にどれくらいの時間がかかるかを明らかにしなかった。

これだけ大規模な投資を行うことのできるNIOが、今後中国市場を席巻する事は間違いない。

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