リチウムイオン電池完全ガイド：パワー、コンシューマー、エネルギー貯蔵用途

リチウムイオン電池は、下流での用途に応じて、小型コンシューマ用リチウム電池（3C）、パワーリチウムイオン電池、大型エネルギー貯蔵電池に分類できます。

I. パワー用バッテリー

パワー用バッテリーは、動力装置に電力を供給するためのバッテリーであり、現在リチウムイオン電池の急速に拡大している応用分野の一つです。新エネルギー自動車、電動工具、電動自転車などに広く使用されています。パワー用バッテリーはエネルギー貯蔵用バッテリーの一種でもあり、主に電気自動車で使用されます。自動車のサイズや重量の制限、および加速性能に対する要件から、パワー用バッテリーには一般のエネルギー貯蔵用バッテリーと比べてより高い性能が求められます。これにはより高いエネルギー密度、より速い充電速度、より大きな放電電流などが含まれますが、一般のエネルギー貯蔵用バッテリーにはこのような厳しい要件はありません。

1. 製品特性

動力用リチウムイオン電池の場合、長期的な要件（少なくとも5〜10年）を考慮すると、充電速度、航続距離、信頼性、一貫性についてさらに配慮が必要です。エネルギー密度：バッテリーパックは車両重量の約25％を占めており、バッテリー重量の変化は車両のエネルギー消費に直接影響します。同じ充電量において、エネルギー密度の高いバッテリーパックほど、より長い航続距離が得られます。充電速度：現在、充電速度も動力用電池における重要な指標の一つです。主要なバッテリー製造メーカーは、ユーザーの待ち時間を短縮するため、現在4Cから6C、あるいはそれ以上の充電レートを設計しています。安全性と一貫性：動力用車両のバッテリーパックは多数の電池を直列・並列に接続して使用します。理想的には、動力用バッテリーが故障する確率（安全性、保存性、サイクル寿命など）は1億分の1未満であるべきです。この確率が一貫して低く保たれない場合、使用中に過充電や過放電が発生しやすく、安全上の問題につながる可能性があります。

2. 正極の種類：

現在、市場にある主な電源用バッテリーには、三元系リチウム電池、LiFePO4電池、LiMn2O4電池があります。全体的な電源用バッテリーの適合性に関しては、三元系リチウム電池とLiFePO4電池が市場を支配しています。もちろん、電源用バッテリー分野で注目すべきもう一つの正極材料としてNCA（ニッケル・コバルト・アルミニウム）（8:1.5:0.5）があり、単一セルあたりのエネルギー密度が非常に高いですが、参入障壁も非常に高くなっています。

について 民生用バッテリー

リチウムイオン電池のもう一つの重要な応用分野は、民生用バッテリーです。民生用リチウムイオン電池は、主に携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、モバイルバッテリー、電動おもちゃなどの民生用電子機器、いわゆる「3C製品」に使用されるリチウム電池セルおよびモジュールとして利用されています。これらは主に円筒型、角型、ポーチ型のバッテリーに分類されます。円筒型リチウム電池は直径が大きいため、エンドユーザー向け電子機器の薄型化に制限があります。また、角型リチウム電池は外観設計が比較的固定されており、薄型化が困難です。そのため、これらの2種類のリチウム電池は、薄型・軽量・サイズ可変性が求められる一部の民生用電子機器の要件を満たすことができません。一方、ポリマー・ポーチ型リチウム電池はアルミプラスチックフィルムを外装材として使用しているため、軽量で安全性が高く、より柔軟な設計が可能であり、エネルギー密度も高くなっています。このため、薄型・軽量・サイズ可変性・安全性が求められる民生用電子機器の要件により適しています。したがって、現在最も広く使用されている民生用リチウム電池はポリマー・ポーチ型です。民生用バッテリー産業は成熟しており、全体的な需要は比較的安定しています。

1. 製品特性

民生用リチウムイオン電池は、比較的使用条件が厳しくなく、長期的な信頼性を必要としない。通常は単体で使用され、他の電池と組み合わせる必要がないため、電池間の均一性に関する要求はそれほど高くない。しかし、スマートフォンやタブレットなどの民生機器はスペースが限られており、また貴重であるため、民生用リチウムイオン電池はサイズ、容量、エネルギー密度に関して厳しい要求がある。ハイエンドの民生用電池には最も先進的な技術と材料が採用されているが、一方で動力用電池はより高度な工程管理、均一性管理、品質管理が求められる。民生製品における充放電サイクル寿命の要求は、動力用電池やエネルギー貯蔵用電池ほど長くない。例えば、2〜3年使用するとスマートフォンの電池容量が80％まで低下することに気づくが、これはほとんどのスマートフォンが1日1〜2回充電されるためである。つまり、容量が3年以内に80％を下回る状態になり、その時点で電池またはスマートフォン自体の交換が必要になる。

2. 正極の種類：

リチウムコバルト酸化物（LCO）は、依然として民生用バッテリー市場を支配しています。ニッケル・コバルト・マンガン酸化物（NCM）などの三元系正極材料（非リチウムコバルト酸化物）は高い比容量を有していますが、高電圧でのガス発生の問題があるため、LCOを簡単に置き換えることはできません。LCO正極材料は、コバルトの高コストによる価格高騰、サイクル性能の低さ、安全性の低さといった欠点を抱えていますが、高い充填密度と高作動電圧を持つため、超薄型電子機器において依然として優位性を持っています。中～高級スマートフォン、ノートパソコン、タブレットなどでの需要は安定しています。さらに、5G対応スマートフォンのバッテリー容量の増加や、ドローン、TWSイヤホン、電子タバコといった新たな民生用電子機器の登場により、LCO正極材料の市場需要が押し上げられています。LCOは最も高い充填密度を有しており、民生用電子機器の限られた体積内において、最も高い体積エネルギー密度を実現できます。優れた充填密度、体積エネルギー密度、サイクル性能、高低温特性に加え、充電遮断電圧を高めることでLCOのエネルギー密度をさらに向上できる点から、高電圧・高充填型LCO材料が今後の発展方向となります。

III. エネルギー貯蔵用バッテリー

エネルギー貯蔵用バッテリーとは、電気エネルギーを化学エネルギーに変換して蓄えるバッテリーを指します。現在、エネルギー貯蔵用バッテリー市場には主に二つの応用分野があります。すなわち、電力貯蔵と家庭用エネルギー貯蔵です。電力貯蔵用バッテリーは本質的に電力貯蔵技術であり、電気エネルギーを蓄積するための技術です。適用されるシナリオには、揚水発電、バッテリーによる貯蔵、機械的貯蔵、圧縮空気貯蔵があり、さまざまな産業分野に応用可能です。家庭用エネルギー貯蔵用バッテリーは一般的に屋外使用を想定しています。たとえば、家庭での停電時やキャンプ中に、予期せぬ用途のために高容量で長持ちするエネルギー貯蔵バッテリーが必要とされます。

1. 製品特性

エネルギー貯蔵用リチウム電池は寿命に対してより高い要求があります。新エネルギー自動車の寿命は一般的に5〜8年ですが、エネルギー貯蔵プロジェクトでは通常10年以上の寿命を目指しています。動力用リチウム電池の充放電サイクル回数は1000〜2000回であるのに対し、エネルギー貯蔵用リチウム電池は一般的に5000回以上のサイクル寿命が求められます。これは、エネルギー貯蔵用電池が体積エネルギー密度や重量エネルギー密度を最優先事項とせず、安全性とコストを重視するためです。材料の本質的特性の観点から見ると、三元系リチウム電池と比較して、リン酸鉄リチウム（LiFePO4）はより優れた熱安定性と材料コストを持ち、そのサイクル寿命はすでにほぼ10,000回に達しており、そのため世界のエネルギー貯蔵市場における応用がますます広がっています。

2. 正極の種類：

動力用リチウム電池とエネルギー貯蔵用リチウム電池の間にはいくつかの違いがありますが、セル自体の観点から見ると、どちらも一見リチウム鉄リン酸（LFP）電池や三元系リチウム電池を使用できるように見えます。しかし、エネルギー貯蔵用途では、ほぼ exclusively LFP電池が使用されています。これは主に、エネルギー貯蔵発電所での頻発する安全事故によるものです。エネルギー貯蔵専用のリチウム電池は高いエネルギー密度を必要とせず、代わりに高い安全性が求められます。なぜなら、電気化学的エネルギー貯蔵システムには数百から数万個の電池が含まれており、火災が発生して拡大した場合、極めて対処が困難になるためです。2022年6月29日、国家エネルギー局は「電力生産事故防止のための25の主要要件」に関する草案を発表し、大規模な電気化学的エネルギー貯蔵発電所では三元系リチウム電池やナトリウム硫黄電池の使用を禁止し、再生動力電池の使用も認めないと規定しました。このため、エネルギー貯蔵用電池は基本的にすべてLFPで構成されています。

要約：

コンシューマ用バッテリー市場はほぼ安定しており、バッテリーの研究開発は主に体積当たりのエネルギー密度の向上と大容量化に焦点を当てています。主力の電池の市場シェアはほぼ確立されており、一部が再編成されつつある状況です。現在、動力用バッテリーの主な注力点は航続距離の延長と充電速度の向上です。エネルギー貯蔵用バッテリーも目立った新展開は見られず、主に大容量化を追求しており、280Ahから314Ahへ、そして現在ではCATLやHaichenの587Ah、あるいはSungrowの684Ahへと進んでいます。