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Jun 01, 2023

EV バッテリーセルとパック材料の革新による高エネルギーと低コスト、IDTechEx の展望

Migliorare l'energia e ridurre i costi con le celle delle batterie dei veicoli elettrici e i materiali dell'imballaggio

EV バッテリーセルとパック材料の革新によるエネルギーの向上とコストの削減、IDTechEx の見通し。

電気自動車 (EV) は、歴史的に内燃機関自動車市場に典型的なものとは大きく異なる材料需要を生み出します。 サプライチェーンの混乱が続いており、バッテリー技術が急速に進化しているため、今後数年間に需要が見込まれる材料は大きく変化するでしょう。

IDTechEx は、2021 年から 2033 年の電気自動車バッテリーの市場需要を判断するために、バッテリーの化学、エネルギー密度、設計の進化を深く掘り下げた新しいレポート「電気自動車バッテリーセルおよびパック 2023 ～ 2033 年の材料」をリリースしました。電気自動車、バス、トラック、バン、二輪車、三輪車、マイクロカーなどの市場でさまざまな材料を使用できます。

エネルギー密度が増加し、車両あたりの材料使用量が減少する傾向にあるにもかかわらず、急速に成長する EV 市場のおかげで、EV バッテリー材料の需要は 12 倍以上に増加し、市場価値は 2033 年から 2021 年の間に 26% の CAGR を示します。

電池セル材料

バッテリーの化学は進化し続けています。 最終的な目標は常により高いエネルギー密度に向けられてきましたが、セルのコストやサプライチェーンの多様性などの他の要因により、典型的な NMC (ニッケル マンガン コバルト) 以外の代替化学物質の需要が生まれています。

NMC 化学薬品は最高のエネルギー密度を提供しますが、これをさらに改善してコバルトの使用を避けるために、以前の NMC 111/523 から NMC 811 などのより高いニッケルのバリアントに移行しました。 コバルトはより高価な材料であり、疑わしい採掘方法により供給が地理的に非常に限られています。 ニッケルの需要は増加していますが、ニッケルの化学的性質が高くなる傾向にあるため、これらの懸念は軽減されます。

LFP（リン酸鉄リチウム）の化学的性質を使用したバッテリーは、NMCよりもエネルギー密度が低いため、2018年から2019年にかけてEV市場から撤退するところでした。 しかし、セル供給の多様性とコスト削減の必要性により、特に低価格帯から中価格帯の市場セグメントで LFP の採用が大幅に復活しています。

LFP 使用によるエネルギー密度への影響は、充填効率の向上によってある程度相殺されました。 LFP の採用が拡大すると、ニッケルやコバルトなどの材料の需要が一部緩和されます。

カソードの化学的性質に加えて、アノードにも進化がありました。 エネルギー密度を向上させるためにアノードに小さな割合のシリコンを組み込んでいるものもあり、その結果、セル内のグラファイト強度が低下します。 将来的には、シリコン主体のアノードが注目を集め、より多くのシリコン含有量が採用されることが期待されています。

集電箔、バインダーなど、バッテリーセルの動作に重要な材料が他にもいくつかあります。 エネルギー密度が増加しても、IDTechEx はバッテリーセルに使用される材料の年間需要が 9.4 倍に増加すると予測しています。

バッテリーパックの材質

バッテリーセルのエネルギー密度を高めることは重要ですが、パック全体の構造もバッテリーのエネルギー密度を向上させるための優れた手段です。 市場では、電池の包装に使用される材料の量が徐々に減り、電池が占めるパックの重量と体積の比率が増加しています。

この点での大きな変化は、モジュール式の性質を取り除き、すべてのセルを直接一緒に梱包するセル・トゥ・パック設計の採用です。 これにより材料が減少するにもかかわらず、EV市場の急速な成長は、バッテリーパックに使用される多くの材料の需要が増加することを意味します。

熱管理はセルを最適な動作温度に保つために重要であり、コールド プレートや冷却ホースなどのコンポーネントが必要です。 サーマルインターフェース材料は、セルと冷却構造の間の熱伝達を助けるために必要です。

熱暴走がセル間およびバッテリーパックの外側に伝播するのを防ぐには、受動的防火材料が必要です。 これらの熱管理材料とコンポーネントの統合方法は、特にセルからパックまでの設計の採用により簡素化されてきていますが、需要の増加に伴い重要な動作コンポーネントとして残り続けるでしょう。

軽量化のための重要な手段は、従来のアルミニウムやスチールではなく複合材料やポリマーを採用することです。 バッテリー構造の多くはアルミニウムで作られていますが、多くは重量を軽減し、より複雑な形状を形成するために複合筐体の蓋を採用しています。

利用可能な材料の利点を組み合わせるために、マルチマテリアルのバッテリーエンクロージャが推進されています。 複合材またはポリマー製エンクロージャの主な考慮事項は、EMI シールドと防火です。 これは後で追加することも、マテリアル自体に統合することもできます。

IDTechEx の最新レポート「電気自動車バッテリーのセルとパックの材料 2023 ～ 2033 年」では、セルとパックに使用される材料 (アルミニウム、鋼鉄、銅、アルミニウム、リチウム、コバルト、ニッケル、マンガン、電解質、鉄、リン、バ​​インダーなど) を予測しています。 、ケーシング、カーボン ブラック、シリコン、セパレーター、カーボン ナノチューブ、炭素繊維強化ポリマー、ガラス繊維強化ポリマー、サーマル インターフェイス材料、防火材料、電気絶縁体、コールド プレート、および冷却剤ホース。

ダウンロード可能なサンプル ページなどの詳細については、www.IDTechEx.com/EVBattMat をご覧ください。

今後の参加無料ウェビナー

EV バッテリー材料: セルの化学とパック構造の未来

IDTechEx の主任技術アナリストでこの記事の著者である James Edmondson 博士は、2023 年 6 月 8 日木曜日に参加無料のウェビナー「EV バッテリー材料: セル化学とパック構造の未来」を開催します。

このウェビナーでは以下について説明します。

ここをクリックして詳細を確認し、3 つのセッションのいずれかに参加登録してください。 当日に参加できない場合でも、オンデマンド録画とスライドへのリンクが利用可能になり次第、すぐに受信できるよう登録してください。

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