储能电池的种类(日本资源能源厅)

蓄電池技術の現状と取組について 平成２１年２月 資源エネルギー庁 資料２－１ Ｉ．蓄電池の種類についてＩ．蓄電池の種類について 主な蓄電池の種類主な蓄電池の種類 ＮａＳ電池 リチウムイオン電池 ○エネルギ 分ー野で利用可能な蓄電池（二次電池）は、主に①ＮａＳ電池、②リチウムイオン 電池、③鉛電池、④ニッケル水素電池の４種類。 ○それぞれの蓄電池は、自動車用あるいは出力安定化用として、その特色を活かしながら、 開発・利用されている。 鉛電池 ニッケル水素電池 2 蓄電池の性能比較蓄電池の性能比較 3 ＮａＳ電池 リチウムイオン電池ニッケル水素電池鉛電池 エネルギ 密ー度 エネルギ 効ー率 寿命 （サイクル数） 約３５Ｗｈ/ｋｇ 約６０Ｗｈ/ｋｇ 約１２０Ｗｈ/ｋｇ約１１０Ｗｈ/ｋｇ ９０％８７％ ９５％９０％ ３５００４５００ ２０００４５００ ※同一条件での比較ではないため、あくまでも参考値 出典：ＡＩＳＴ、ＮＥＤＯ資料に基づき新エネルギ 対ー策課作成 ※１エネルギー密度：１ｋｇあたりに蓄電可能な電力量 ※２エネルギー効率：充電を１００として放電できる効率 ※３サイクル数：１回の充放電を１サイクルとして何サイクル充放電できるかを示す指標 ※１ ※２ ※３ ○蓄電池（二次電池）は、それぞれの種類によって利用メリットがあるが、コンパクト化や 高性能化という観点においてはリチウムイオン電池が優れている。 4 （参考１）鉛電池（参考１）鉛電池 ［出典：社団法人電池工業会 ht tp://w ww.baj.or.jp/know ledge/structure.html］ 特徴 ○比較的安価で、使用実績が多い。 ○比較的広い温度範囲で動作。 ○過充電に強い。 ○高電流密度による放電が可能。 ○リサイクル体制も確立。 課題 ○低い充電状態では、電極の劣化により充電容量が低下。 ○誤差の小さい充電状態の管理手法が確立されていない。 ○充電状態管理のために監視状態のリセット頻度を減らす 技術が必要。 ○充放電のエネルギ 効ー率が、他の電池よりも低い。 原理：負極に鉛（Pb）、正極に二酸化鉛（PbO2）、電解液に希硫酸（H2SO4）を用 いた電池で、150年の歴史を持つ常温作動電池。 5 （参考２）ＮａＳ電池（参考２）ＮａＳ電池 ［出典：日本ガイシ㈱ http://w ww.ngk.co.jp/product/insulator/nas/index.html］ ナトリウム硫黄電池システム （上左2MW×8時間; 下右は変換器盤） 電 池 盤 変 換 器 盤 単電池構造 モジュール電池構造 特徴 ○構成材料が資源的に豊富で、量産によるコストダウンが可能。 ○理論エネルギ 密ー度も高い。 ○充放電時の副反応がなく（自己放電もない）、充放電のエネルギ 効ー率も高い。 ○長寿命である。 ○SOC※１の利用可能範囲も広い。 課題 ○連続充電・放電時の発熱で温度保持されるよう設計されている。 ○温度保持のためヒータ 電ー力が必要。 ※１：ＳＯＣとは、State of Chargeの略で充電レベルを意味する。 6 （参考３）ニッケル水素電池（参考３）ニッケル水素電池 負極に水素吸蔵合金、正極にオキシ水酸化ニッケル、電解液に水酸化カリウム などのアルカリ水溶液を用いた電池。 特徴 ○溶解析出反応を伴わないので、長寿命が期待できる。 ○過充電、過放電に強い。 ○ SOC 範囲も極めて広い。 ○急速充放電が可能である。 ○使用温度範囲も広い。 ○理論エネルギ 密ー度も高く、エネルギ 効ー率も比較的高い。 課題 ○自己放電が比較的大きい。 ○充電状態管理のために監視状態をリセットすることが必要。 ○満充電時に大きな発熱を伴うため、電池の温度管理が重要。 ○密閉形ニッケル水素電池では、大容量化の障害（100Ah 級が限界） ○水素吸蔵合金が鉛よりも高い。 7 （参考４）リチウムイオン電池（参考４）リチウムイオン電池 負極に炭素材料、正極にリチウム含有金属酸化物、電解液に有機電解液を用いた 高エネルギ 密ー度電池。 特徴 ○エネルギ 密ー度が高い。 ○充放電エネルギ 効ー率が極めて高い。 ○自己放電が小さい。 ○溶解析出反応を伴わないので、長寿命が期待できる。 ○急速充放電が可能である。 ○充電状態が監視しやすい。 ○低いSOC で劣化が起こりにくい。 課題 ○有機電解液を用いる電池のため、高い安全性確保策が必要。 ○過充電・過放電に弱く、単電池毎の電圧管理が必要。 ○高いSOCや高温での保存は、電池の劣化を加速するため、管理が必要。 ○低コスト材料の開発による電池の低コスト化が重要。 8 （参考５）リチウム二次電池用正極材料の現状 民生小型分野での概況 正極材料 理論エネルギ 密ー度* 車載用に向けた開発概況 実用概況 R&D (Wh/kg) (Wh/dm3) 概 況 課 題 実用 LiCoO2 570 2880 開発対象外 （コスト・資源的制約） 実用 活発 LiMn2O4 400 1710 実用（一部） エネルギ 密ー度：高温かつ高SOCでの容量 劣化 実用 活発 LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 700 3350 実用（一部） 活発な研究開発 高電圧型正極のため電解液との反応性抑 制 実用 活発 LiNi0.8Co0.2O2 680 3300 実用（一部）・ 活発な研究開発 改良型蓄電池実用モデルに一番近い候補 活発だっ た LiNiO2 780 3750 基本的な課題が多 い 品質管理が難しい(水分による特性変化等)： 高SOCでの安全性に難 実用 活発 LiFePO4 544 2010 特に欧米では車載 用に検討 エネルギー密度：製造コスト：低電子伝導性 Li2MO3系 (Li 1+x(F e0. 4Mn 0.4Co0.2 )1-xO2) 790 3240 可能性のある候補 が見出された サイクル寿命：低温での容量低下：低電池電 圧 韓国で一 部発 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf S 4350 8700 電池系まで立戻っ た基礎研究必要 電解液への溶出：電子伝導性 * 正極同士を比較するために、Li金属対極を仮定して算出した正極のみのエネルギー密度であり、負極の重量若しくは体積 を考慮した電池としてのエネルギ 密ー度ではない。 実製品あり 一部実製品あり 実製品に向けたR&D段階 シーズ段階 基礎的段階 出展：AIST ○リチウムイオンの性能向上には、電極（正極）材料の結晶構造が重要。レアメタルを組 み合わせた材料開発が盛んに行われている。 Ⅱ．我が国の蓄電池の競争力と蓄電池を．我が国の蓄電池の競争力と蓄電池を 巡る産業構造について巡る産業構造について 蓄電池技術の優位性①蓄電池技術の優位性① （出典）松下電池工業資料 電池のエネルギ 密ー度の推移 エ ネ ル ギ ー 密 度 （ Wh /L ） 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 300 年0 200 100 400 500 600 68 81 100110 120 160180 200180 200 230240 300 330 350 230 280 315330 360 390 450 480 537 580 ：リチウムイオン電池 ：ニッケル水素電池 ：ニッケルカドミウム電池 620 210 ○日本は、民生用電池分野で生産量世界第１位。 ○ニッケル水素電池については世界シェア７４％と、圧倒的に世界トップを維持。 ○電池の性能はここ１５年で５．２倍に増加。 その他 4% 中国 22% 日本 74% ニッケル水素電池 中国 41% 日本 51% その他 8% ニッケルカドミウム電池 民生用電池生産の世界シェア（2005年）民生用電池生産の世界シェア（2005年） 日本 57% 中国 13% 韓国 17% その他 13% リチウムイオン電池 出典：インフォメーションテクノロジ総ー合研究所資料より経済産業省作成 10 11 蓄電池技術の優位性②蓄電池技術の優位性② ○プリウス等に使われている自動車用ニッケル水素電池の世界シェアは、日本の電 池メーカーがほぼ１００％であり、圧倒的な競争力を誇っている。 ○携帯電話、パソコンなどの民生用リチウムイオン電池の世界シェアは、日本の電池 メー カーが約６割と競争優位な状況にある。 ＜自動車用ニッケル水素電池の世界シェア（２００７年）＞ （出典：ＪＰモルガン調べ） ＜民生用リチウムイオン電池の世界シェア（２００７年）＞ （出典：矢野経済研究所） （日）パナソニッ クＥＶエナジー 85% （日）三洋 1 3% その他 2% （日）三洋 27% （日）ソニー 19% （韓）Samsung 16% （日）パナソニッ ク 10% （韓）ＬＧ 7 % （中）ＢＹＤ 4 % （日）日立マク セル 3% その他 14% 12 蓄電池の総生産量（民生用等）蓄電池の総生産量（民生用等） 出典：電池工業会ホームページ ○民生用の蓄電池（二次電池）の生産量は、電池総生産の約３割となっている。 販売総額では、約６０００億円となっており総額の約８割を占める。 13 蓄電池の販売数量推移（民生用）蓄電池の販売数量推移（民生用） 0 500,0 00 1 ,000,000 1 ,500,000 2 ,000,000 2 ,500,000 19 951996 199 71 998 1999200 02 001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 二次電池計 ニッケル水素 リチウムイオン （千個） 出典：経済産業省機械統計 0 100,00 0 200,00 0 300,00 0 400,00 0 500,00 0 600,00 0 700,00 0 800,00 0 19 95 1996 1997 1998 19 99 2000 2001 2002 20 032004 2005 20 06 2007 二次電池計 ニッケル水素 リチウムイオン （百万円） ＩＴバブル崩壊 ニッケル水素電池などの生産の海外シフト グラフ１．蓄電池の販売数量 グラフ２．蓄電池の販売金額 ○民生用リチウムイオン電池の生産量、販売額は年々増加傾向 14 蓄電池の産業構造（ハイブリッド車用蓄電池）蓄電池の産業構造（ハイブリッド車用蓄電池） ハイブリッドカーを構成する高度部材に占める日本企業シェア ＜アプリケーション＞ ハイブリッドカー ※（ ）内は2003年世界ｼｪｱｰ/％ 但し、ｾﾊﾟﾚｰﾀｰは200 2年。 下線は2003年世界販売見込金額。 但し、セパレー ターは2002年、大型 ﾘﾁｳﾑｲｵﾝ電池については20 08年見込。 ＜部材＞ オートモーティブエナジーサプライ 500億円 日立ビー クルエナジー、ＧＳユアサ 大型リチウムイオン電池 三洋電機、パナソニックEVエナジー 150億円 大型ニッケル水素電池 出典：経済産業省作成資料 Ⅲ．蓄電池のコストの現状比較と将来的な．蓄電池のコストの現状比較と将来的な 価格目標について価格目標について 16 蓄電池のコスト蓄電池のコスト ＮａＳ電池 リチウムイオンニッケル水素電池鉛電池 ｋＷ単価 １５万円 １０万円 ２０万円２４万円 ｋＷｈ単価 ５万円 ２．５万円 １０万円 ２０万円 ※同一条件での比較ではないため、あくまでも参考値 ２０１０ ２０３０２０１５現状 次世代自動車用 ０．５万円/ｋＷｈ３万円/ｋＷｈ 系統連系円滑化用 ４万円/ｋＷｈ ２０万円/ｋＷｈ １０万円/ｋＷｈ １．５万円/ｋＷｈ１５万円/ｋＷｈ １．現状のコスト ２．コスト目標 出典：次世代自動車用電池の将来に向けた提言（２００６年８月） ※同一条件での比較ではないため、あくまでも参考値 ○現状では、鉛電池５万円／ｋＷｈ、ＮａＳ電池２．５万円／ｋＷｈ、ニッケル水 素電池１０万円／ｋＷｈ、リチウムイオン電池２０万円／ｋＷｈのコスト。 ○自動車用蓄電池については、現状の２０万円／ｋＷｈ;２０３０年に０．５万 円／ｋＷｈが目標（次世代燃料・自動車イニシアティブ） ○系統用は、現在、企業においては、概ね現状１５万円／ｋＷｈ;２０３０年 １．５万円／ｋＷｈの目標の下に低コスト化を目指している。 出典：各資料、企業ヒアリングより経済産業省作成 17 蓄電池の標準的なコスト例について蓄電池の標準的なコスト例について 電池容量：１６ｋＷｈ 電池価格：約３２０万円（想定※１） ※１現状のリチウムイオン電池単価を１ｋＷｈあたり２０万円として試算した値 電気自動車 ウィンドファーム（二又風力発電所（六ヶ所村）） 34MW - NAS電池 50MWｳｨﾝﾄﾌﾞｧｰﾑ （1.5MW×34基） 電池容量：２４４．８ＭＷｈ 電池価格：約１００億円（想定※２） 住宅用太陽光発電（４．５ＫＷの場合） 電池容量：８．９６ｋＷｈ 電池価格：約２００万円（想定※３）※３制御装置等を含んだ値 ※２制御装置等 を含んだ値 非住宅用太陽光発電（３００ＫＷの場合） 電池容量：約３００ｋＷｈ 電池価格：約３０００万円（想定※４） ※４現状のニッケル 水素電池単価を１ｋＷ ｈあたり１０万円として 試算した値