EV性能を飛躍的に向上させる？2種類の電池を組み合わせる"ツインバッテリー"コンセプト｜【EVの基礎まとめ Vol. 11】

特性の異なる車載用二次電池：NMC、LFPから「SCiB」、SIB

BEV（バッテリー電気自動車）に搭載される動力用電池は、BEV構成部品の中でもっとも高価であり、かつ重量物である。現在ではほぼすべてのBEVがLIB=リチウムイオン電池を搭載し、そのLIBには大きく分けてふたつの流れがある。ひとつは正極にNMC（ニッケル/マンガン/コバルト）を使う「三元系」であり、もうひとつは正極にLFP（リン酸鉄）を使うシリーズである。NMC系はエネルギー密度に優れ、一般的に1セル当たりの電圧は3.7V（ボルト）であり、もっとも航続距離を稼ぐことができる電池だ。いっぽうLFP系は、エネルギー密度はNMC系におよばずセル当たり電圧は2.7V前後だが、急速充電耐性が高く熱暴走など安全性の面ではNMC系より優れている。

これ以外の量産品では、負極にLTO（チタン酸リチウム）を使う東芝「SCiB」がある。エネルギー密度はLFP系とほぼ同等だが、急速充電耐性や充放電寿命は非常に優れている。また、近く量産が始まるSIB（ナトリウムイオン電池=NIBと同義。ドイツではナトリウムをソジウムと呼ぶため略語がSIBになる）は、セル当たり電圧はLFP系と同等ながら、ニッケル、コバルト、リチウムといった高価な材料を必要としないことからコスト面での期待が大きい。さらにその先には、日本勢が開発をリードしているフッ化物電池がある。

こうした車載用2次電池（繰り返しの充電・放電が可能な蓄電池）についてIAVは、正極材/負極材/集電版/セパレーター/電解質/外装（セルのパッケージ）という構成要素それぞれにMBDを使ったモデリングを行ない、出力密度/エネルギー密度/温度条件/内部劣化/材料の環境負荷など電池のさまざまな性能をシミュレーションできる技術を確立した。

MBDでツインバッテリーの可能性を検証

ドイツのIAV本社で先行開発担当上級副社長を務めるマーク・ゼンス氏ほかに、この電池MBD（モデルベース開発）についてインタビューを行なった。この技術は2023年4月26〜28日に開催された「第44回ウィーン・モーター・シンポジウム」で初めて公開された。掲載した図版やグラフなどはすべて、同シンポジウムで初公開されたものである。

「BEVだけでなくHEV（ハイブリッド・エレクトリック・ビークル）もFCEV（フューエル・セル・エレクトリック・ビークル）もすべてエネルギー貯蔵装置として蓄電池が必要だ。いっぽうで蓄電システムは非常に高価であり、開発プロセスのペースを最大化しコスト効率を向上させるには、確立された方法論と信頼できるツールが必要。IAVは実物の電池セルが存在しない段階でも代表的なセルデータを生成できる『EPCM（電気物理化学モデル Electro-Physico Chemical Model）』を用いたセルシミュレーションを開発した。これを利用することで、機能、効率、エネルギー密度、さらには資源負荷や持続可能性（サスティナビリティ）まで配慮した電池利用の手段として、自身が提案するツインバッテリーの可能性を検証できた」

IAVはこう語る。原材料の選択、そのサプライチェーン、劣化を抑える技術、効率的で環境負荷の低い製造プロセス、使用段階、再利用およびリサイクルといった各段階についてMBDで検証した結果「多くの二律背反のバランスを取った最適解のひとつ」として、2種類の異なる電池を組み合わせるツインバッテリー・コンセプトにたどり着いた、という。