いま、この生産ラインが重要な理由
中国は、電気自動車（EV）の変革をめぐる競争で決定的な一歩を踏み出した。広州汽車集団（GAC）は、大型車載用全固体電池セルの国内初となる生産ラインを完成させた。施設ではすでに、容量60アンペア時（Ah）のセルを試験向けに少量生産しており、大半の研究所やパイロットプロジェクトが到達できていなかった水準を超えた。この生産能力が重要なのは、一般的なEVに必要な水準に達し、技術を研究室から工業生産の現場へと移すものだからだ。今回の開発は、高いエネルギー密度、急速充電、より高い安全性をうたう電池の新たな段階を示している。
目次
GACのラインは60Ahを超えるセルを対象とし、最大7.7ミリアンペア時毎平方センチメートル（mAh/cm2）の面積容量を報告している。従来の液体電解質を使うラインの多くは、約5mAh/cm2で稼働している。面積容量が高まれば、より厚い電極に多くのエネルギーを蓄えられる。GACによると、エネルギー密度は現在のリチウムイオン電池のほぼ2倍で、満充電で約500キロ走るEVが、1,000キロを超える航続距離を実現できる可能性がある。同社は2026年に試験車両へ搭載し、検証結果やコストに応じて2027年から2030年の間に量産を目指す。
中国はCATLやBYDなどを通じ、従来型EV電池の世界供給ですでに主導的な立場にある。今回のラインによりGACは、自動車メーカーが10年にわたり取り組んできた技術で、中国が早期に先行する態勢を整える。中国はまた、電池メーカーと自動車メーカーを結びつけ、全固体電池の商用化を加速させる協力プラットフォームを立ち上げた。中国が競争力のあるコストと安定した性能でこの技術を量産できれば、次世代EVは1回の充電でより遠くまで走り、充電時間も短縮し、より高い安全余裕を確保できる可能性がある。
全固体電池とは
全固体電池は、従来のリチウムイオン電池に使われている液体電解質を固体材料に置き換える。電解質は、充放電の際に正極と負極の間でイオンを運ぶ媒体だ。液体は効率的だが、可燃性があり、エネルギーを高密度に詰め込むうえで制約となる。固体電解質なら材料をより密に積層でき、熱安定性の向上も期待できる。電解質を固体にすることで、体積と重量あたりのエネルギーを高められ、セルが損傷した場合の火災リスクも低減できる。
エネルギー密度と航続距離
エネルギー密度とは、電池が大きさや重量に対してどれだけのエネルギーを蓄えられるかを示すもので、航続距離に最も直接影響する性能だ。GACは、従来型セルのほぼ2倍のエネルギー密度を実現するとしている。現在のEVが一定サイズの電池パックで約311マイル走る場合、同じ寸法のパックにこの全固体電池セルを使えば、約621マイルに達する可能性がある。中国では航続距離の算定にCLTC試験サイクルが使われることが多く、米国で用いられるEPAサイクルより寛大な数値が出る傾向がある。CLTCで1,000キロという数値は、実走行またはEPAに近い条件では約650～750キロ（約400～465マイル）に相当し得るが、それでも大幅な向上だ。
安全性と耐熱性
固体電解質は液体電解質より漏出や発火が起きにくく、より高い温度にも耐えられる。GACは300～400度の温度域で安定性を保つとしており、従来のリチウムイオン電池の多くが耐えられる約200度を上回る。耐熱性が高まれば、急速充電や高負荷時の耐損傷性と熱管理を改善できる。電池を損傷させる可能性がある、デンドライトと呼ばれる針状のリチウム構造の形成を抑えることも目指している。適切な材料と製造方法を実現できれば、全固体電池は性能と安全余裕の両方を高められる。
GACの新ラインの概要
GACのラインは、大型EVに最も関係の深い60Ahの大型セルに重点を置く。同社は複数の工程を連続した一つの作業に統合する、ドライ電極プロセスを特徴として挙げている。従来の負極製造では、活物質をスラリーに混ぜ、金属箔に塗布し、電極を適切な厚さに圧延する。その間には乾燥や溶剤回収の工程が入る。スラリーの調製、塗布、圧延を一つの工程に統合することで、時間とエネルギーの消費を抑えられるとGACは説明する。溶剤の乾燥工程をなくせば、量産時の排出量とコストも削減できる可能性がある。
ラインが報告した7.7mAh/cm2の面積容量が重要なのは、電極を不具合なく厚くできることを示しているためだ。電極が厚くなると、材料内をイオンが移動しにくくなる場合がある。メーカーは厚さと導電性、機械的強度、均一性のバランスを取らなければならない。高い面積容量を実現することは、サイクル寿命の目標を満たしながら高エネルギー密度を支えられる製造工程の重要な指標となる。
面積容量が重要な理由
面積容量は、電極の一定面積あたりに蓄えられる電荷量であり、セルを物理的に大型化せずにどれだけのエネルギーを詰め込めるかに影響する。数値が高ければ、目標のエネルギー量を得るのに必要な電池パック内のセル数を減らせる。これによりパックの設計を簡素化し、配線やコネクターを減らして、キロワット時あたりのコストを下げられる。自動車メーカーにとって部品の削減は、重量を減らし、故障の発生箇所を少なくして信頼性を高めることにもつながる。
ドライバーが車でこの電池を使えるのはいつか
GACは2026年にセルを試験車両へ搭載し、実走行条件で性能、耐久性、安全性を確認する計画だ。試験結果が研究室での予測と一致すれば、2027年から2030年にかけて段階的に量産を拡大する見通しだ。初期の搭載車は高価格帯モデルや限定生産車となり、コスト低下と供給増加に伴って幅広い車種へ広がる可能性が高い。この流れは、ほかの電池技術が市場に導入されてきた経緯と重なる。
1,000キロを超える航続距離の主張は注目を集めるだろう。ドライバーは試験サイクルの違いを念頭に置く必要がある。重要なのは、実用性に大きな変化をもたらす点だ。エネルギー密度が2倍になれば、自動車メーカーは同じサイズの電池パックで航続距離を伸ばすか、より小型・軽量・低価格のパックで同等の航続距離を実現するかを選べる。どちらの道も、EVの総コストと利便性を改善できる。
全固体電池の産業化を目指す中国
中国当局は全固体電池の迅速な開発を後押しする姿勢を示している。材料供給業者、電池メーカー、自動車メーカーが技術方針、安全基準、製造設備について連携するため、国家レベルの協力型イノベーションプラットフォームが設立された。中国のアナリストは全固体電池セルの製造装置市場が急速に拡大するとみており、商用化が計画どおりに進めば、装置販売額は2027年に約25億元、2030年には270億元超に達すると予測している。政策支援、研究開発の連携、国内の供給基盤は、過去の電池技術の競争で中国に先行優位をもたらしてきた。同じ要素が今回も生かされている。
ほかの参入企業
今回の節目を迎えたのはGACだが、中国の複数企業も並行して開発を進めている。BYDは、エネルギー密度が約400ワット時毎キログラムとされる第1世代全固体電池パックの実走行試験を行っており、2027年までに試験生産を開始し、2030年ごろに本格導入することを目指している。SAICと提携先の清陶は、上海の全固体電池工場で中核となる生産ラインを完成させた。Gotion High Techは高密度全固体電池セルのパイロットラインを設け、走行試験を進めている。NIOは提携先を通じて150キロワット時の半固体電池パックを導入しており、高エネルギー密度セルの統合に関する経験を積む中間段階となっている。
中国以外では、トヨタと日産が積層型全固体電池セルの試作ラインを建設し、2020年代後半を目標に据えている。サムスンSDIとLGエナジーソリューションは、全固体電池の研究開発とパイロット施設に投資している。米国のSolid Powerは、提携先向けに硫化物電解質の生産拡大を進めている。各計画の初期の自動車搭載時期は2027～2030年ごろに集中しており、製造歩留まりの改善とコスト低下に伴い、その後大規模な供給が始まる見通しだ。
なお解決が必要な課題
パイロットラインから年間数百万個のセル生産へ移行するのは容易ではない。固体電解質は、数千回の充放電サイクルにわたって電極との安定性を保ちながら、高いイオン伝導性を実現する必要がある。固体電解質と電極の界面は密着した状態を維持し、動作中に抵抗の大きな層を形成してはならない。特に硫化物系の固体電解質の中には、製造時に厳格な水分管理が必要なものもある。ラインから良品がどれだけ得られるかを示す製造歩留まりを、コスト削減に向けて業界水準まで引き上げなければならない。
サプライチェーンも試されることになる。大量の固体電解質粉末や、リチウム金属またはシリコンを多く含む負極が必要になる。混合からプレス、積層に至るまでの製造設備には、高速稼働時にも厳しい公差を維持することが求められる。新材料のリサイクル方法も整備しなければならない。こうした投資は大きいため、自動車メーカーは当初、航続距離の延長や軽量化によって高い電池コストを正当化できる車種に採用を絞る可能性が高い。
GACの経営陣は、車載セルが達成すべき目標を明確に示している。同社の先進プラットフォーム技術研究院で新エネルギー動力の研究開発を率いる斉洪忠氏は、同社が目指す性能向上について説明した。
斉洪忠氏によると、新型全固体電池セルのエネルギー密度は既存のリチウムイオン電池のほぼ2倍で、現在500キロ強を走る車両も、このセルを使えば1,000キロを超える航続距離を実現できるという。
この発言は、技術の可能性を端的に示している。今後の課題は、量産車でその数値を実証し、さまざまな気候のもとで長年使えること、そして幅広い購入層が手の届くコストを実現することだ。
航続距離1,000キロのEVがドライバーと電力網にもたらす変化
実用的な航続距離1,000キロのEVが登場すれば、移動計画の立て方が変わる。多くのドライバーは月に数回充電するだけで済むだろう。これまで計画が難しかった地方の長距離移動も、途中で充電せずに走りやすくなる。航続距離が伸びれば、利便性を損なわずに電池パックを小型化することも可能になる。小型パックは低価格で軽く、必要な原材料も少ない。こうした道筋なら、全固体電池の利点をより早く一般的な価格帯の車種へ広げられる。
それでも充電ネットワークは重要だ。高密度セルであっても、長距離移動の利便性を保つには急速充電が欠かせない。中国ではすでに充電施設の高速化が進み、次世代車向けのメガワット級システムが稼働し始めている。穏当な熱管理でより高い充電率に対応できる全固体電池なら、充電中の停車時間を短縮し、パックへの負荷も軽減できる。セル自体の効率と安定性が高まれば、充電ネットワークの整備効果も大きくなる。
要点
- GACは60Ahを超える大型車載用EV全固体電池セルの中国初の生産ラインを完成させ、少量生産を進めている。
- ラインの面積容量は最大7.7mAh/cm2で、現在のリチウムイオン電池セルのほぼ2倍のエネルギー密度を目指す。
- 車両への搭載試験は2026年に計画され、2027～2030年の段階的な量産拡大を目指している。
- CLTCで1,000キロという航続距離は、より保守的な実走行条件では約400～465マイルに相当する。
- ドライ電極製造プロセスで複数工程を統合し、時間とエネルギーの使用を削減するとともに、コスト低減も見込む。
- 中国は商用化を加速する国家協力プラットフォームを設立し、全固体電池ライン向け装置の販売は2030年まで急速に伸びると予測されている。
- 中国ではBYD、SAIC、Gotion、NIOが開発を進め、海外ではトヨタ、日産、サムスンSDI、LGエナジーソリューション、Solid Powerが取り組んでいる。
- 量産拡大には、歩留まり、安定した界面、固体電解質と負極のサプライチェーン、さまざまな条件下での耐久性実証に関する課題の解決が必要だ。
