生きるべきか死ぬべきか ― 気候変動と電化について(II)

| Jerry Huang

V. 脱炭素化すべきか、すべきでないか?

数年前までは、脱炭素化はあらゆる場で最も重要なテーマだった。どのサミットでもネットゼロ目標が設定され、大手企業はこぞって最高サステナビリティ責任者を任命し、電力会社はそれぞれ脱炭素化への道筋を発表した。しかし、その後、脱炭素化への取り組みは変化した。後退したわけではないが、静かになりつつある。

冷え込みは主に支出に表れている。ある証券分析によると、世界最大の石油メジャー7社は2025年に低炭素投資を約83億ドルに削減した。これは2019年以来の最低水準であり、前年の約240億ドルから大幅に減少している。低炭素支出が減少する一方で炭化水素投資が増加するのはこれが初めてだ。BPは低炭素エネルギー部門を解体し、移行支出を年間15億~20億ドルに削減した。シェルは洋上風力発電からの撤退を進めている。米国の電気自動車購入税額控除は廃止され、欧州連合は2035年の内燃機関の段階的廃止を緩和した。ベンチマーク・ミネラル・インテリジェンスは、2026年の世界の電気自動車販売台数の伸びを約13%と予測しており、これは2020年以来の最低水準となる。一部の政治運動は現在、ネットゼロ目標の撤廃を公然と訴えている。気候変動ガバナンスは停滞していると広く言われており、協力の代わりにグリーン貿易障壁が増えている。

一方、物理学は冷え込んでいません。2026年の世界エネルギー統計レビューによると、再生可能エネルギーは2025年に約10%増加しましたが、追加したのはわずか約3.2エクサジュールで、石油、ガス、石炭を合わせた追加は約4.9エクサジュールで、世界の総エネルギー供給の増加8.1エクサジュールの半分以上を占めています。化石燃料は依然として約86%を供給しています。石炭の新規設備容量は3.5%増加し、過去最高水準に達しました。そして、2015年の交渉担当者が想像もしなかった推進力、人工知能が登場しました。ガートナーは、世界のデータセンターの電力需要が2026年には565テラワット時(TWh)に達し、26%増加すると予測しており、電力消費量は104ギガワット(GW)から132ギガワット(GW)、2030年には290ギガワット(GW)に増加すると予測しています。米国では、データセンターに関連する開発中のガス火力発電容量が6か月以内にほぼ倍増し、378ギガワット(GW)になりました。米国エネルギー情報局(EIA)は、2026年と2027年に米国の電力消費量が再び過去最高を記録すると予測している。

こうして世界は、厄介な非対称性の中に置かれている。議論は後退した一方で、議論の対象となっていた需要は加速しているのだ。容易で安価な脱炭素化はほぼ実現済みである。残された部分――産業用熱、送電網の安定化、長期蓄電、その他地味な部分――は、もはや称賛を得られなくなった部分であり、まさにその部分が結果を左右するのだ。

二酸化炭素排出量削減の発表が流行らなくなった今、削減は継続すべきだろうか?クリーンエネルギーへの移行は、急ピッチで進めるべきだろうか?それとも、企業の財務状況に合わせてペースを落とすべきだろうか?あるいは、次の危機が再び喫緊の課題となるまで、一時停止すべきだろうか?

VI.進化するべきか、進化しないべきか?

以前の質問はインフラに関するものでしたが、今回の質問は適応に関するものです。そして生物学においては、適応は選択肢として提示されるものではありません。

企業にとって、進化は倫理的な決定であることはめったにありません。それは生存本能であり、バランスシートは往々にしてその価値を誤って評価しがちです。今後数十年で、よりクリーンなエネルギーに投資し、顧客にとって利益となるようにすることは価値があるのでしょうか?地域によって状況が異なるため、この問いに答えるのは困難です。中国では、風力・太陽光発電の基盤と投資は依然として拡大しています。風力と太陽光発電を合わせた発電量は、(1990年にはほぼゼロだったのが)2025年には総発電量の22%を占め、水力発電を上回ります。自動車販売に関しては、NEV(BEV、PHEV、EREVを含む)の販売普及率は2026年7月に60.4%を記録し、史上初めて月間販売台数が50%を超えました。CPCA(中国乗用車協会)のデータによると、9月には67%に達しました。テスラのCEOであるイーロン・マスク氏は、この出来事について「中国の石油依存度は急速に低下している」とコメントしました。新型EVは見た目が良く、スマートで、手頃な価格で加速性能も優れているため、多くの顧客が試乗に興味を持っています。一方で、ガソリン車の方がはるかに頑丈で長持ちし、高級感があると考える顧客もいます。どちらが優れているかは一概には言えません。地域によってはEVの人気が高まっている一方で、ほとんどの市場では依然として内燃機関車が主流です。

個人にとっては、これを道徳的な試練として捉えたくなる誘惑に駆られるかもしれない。しかし、これは地味な決断の連続として捉える方が適切だろう。次の車、次のボイラー、屋根、年金基金、そして何よりも自分が訓練を受けた職業。内燃機関に20年間携わってきたエンジニアは、移行の障害にはならない。再訓練を受けたその人こそが、移行そのものなのだ。正直な限界も同様に重要である。個人の選択は、電力網、基準、価格の代わりにはなり得ない。国の排出量が増加する中で、熱心にリサイクルに取り組む市民ができることはほとんどなく、システムが担うべき負担を個人に負わせるべきではない。

進化すべきか、しないべきか、そしてどのように進化すべきか。より良い気候のためにエネルギー供給や産業を進化させるべきか、それとも気候変動に適応するために私たち自身が進化すべきか。

VII.関与させるべきか、しないべきか?

あらゆる解決策には残留物が残る。クリーンな移行はバッテリーによって支えられているが、バッテリーは化学物質であり、化学的な影響を及ぼす。

材料リストは不安を掻き立てる。カソードにはニッケル、コバルト、マンガンといった遷移金属が使われるが、これらの金属の採掘や精錬は水や土壌に悪影響を及ぼすことが知られている。2022年には、中国の宜春近郊の晋江流域でタリウム濃度が基準値を超えたが、その原因はリチウムのサプライチェーンにおける操業にあることが判明した。チリとアルゼンチンは合わせて世界のリチウム供給量の約4分の1を占めるが、アタカマ砂漠での塩水抽出には、地球上で最も乾燥した場所の一つであるにもかかわらず、リチウム1キログラムあたり最大200万リットルもの水が消費される可能性がある。

次にフッ素の問題があります。ほとんどの電池は、PFASファミリーの端に位置するフッ素系ポリマーであるPVDFまたはPTFEで正極を結合しており、主要な電解質塩であるLiPF₆は、水分と接触すると加水分解してフッ化水素酸になります。製造時の排出量は少ないのですが、問題は使用終了時に発生します。結合剤を熱処理すると、フッ素化された分解生成物が排ガス中に放出されるのです。PFASは残留性が高く、境界線を越えず、人間の時間スケールでは分解されません。

リサイクルは改善しているが、低い水準から始まり、爆発的に増加する分母に対しては改善している。欧州委員会は、世界の電池需要が約14倍に増加すると予測している。EU規則2023/1542は野心的な目標を設定している。2030年までにリチウム系電池のリサイクル効率を70%に、リチウム回収率を2027年の50%から2031年には80%に、コバルト、銅、鉛、ニッケルを90~95%に、2027年から電池パスポートを導入する。2026年9月、欧州委員会はこれらの目標が目的に合致していると宣言した。しかし、目標はトン数ではない。回収ネットワークは不完全であり、リサイクル経済はリチウム価格に左右され、EU域外での執行は依然として不十分である。

ナトリウムイオン化学は、コバルトやニッケルを使用しないという点で部分的な解決策を提供する一方、セルロース、リグニン、フッ素を含まないバインダーの研究は本格的ではあるものの初期段階にある。

では、関与させるべきか、しないべきか? 残余事項は文書化されている。代替案も同様だ。

VIII.人道的であるべきか、そうでないべきか?

新しい技術は、生態系全体にとって人道的なものとなるように作られているのか、それとも有害なものとなるように作られているのか?誰もが知っているように、技術は本来、善意に基づくものではない。

原子力エネルギーは人類の電力供給において一定の役割を果たしているものの、その残留物は数百、あるいは数万年にわたって生態系全体に害を及ぼすと考えられている。

バッテリー技術は、人道的な方法で開発できるだろうか?私たちは、答えがイエスであることを願っている。バッテリー技術を人道的なものにしよう。つまり、人々の参加を促し、意図を持って参加を促すのだ。

移行は進めなければならず、可能な限り害の少ない材料で構築されなければならない。性能が許す限り、コバルトとニッケルのカソードではなく、ナトリウムイオンカソードを使用する。PVDFやPTFEの代わりに、水系、セルロース、リグニンのバインダーを使用することで、フッ素が炉に到達しないようにする。フッ化水素酸に加水分解しない電解質を使用する。塩水鉱山や硬岩鉱山では、水の使用量を正直に記録し、閉鎖時には完全な修復を行う。分解可能なセルを設計することで、法律に定められたリサイクル目標が実際にトン数として達成され、中身が何であるかを正直に伝えるパスポートが発行される。自動車部品は容易に入手でき、修理のために一般に開放される。使用済みバッテリーは、合法的に、かつ自発的にリサイクルされる。

これは感傷的な話ではない。次世紀を今世紀よりも良い状態にできる唯一の移行シナリオなのだ。

技術が自らの良心を持つことはない。素材は人間が選択しなければならない。その意図的な選択こそが「人間的」という意味であり、それは私たち自身が行うべきことである。よりクリーンなエネルギー供給は進化の必然であり、よりクリーンなエネルギー消費はそれと連動する。これらの移行はすべて、誰にとっても適応可能な形で着実に進めることができる。

生きるべきか死ぬべきか ― 気候変動と電化について(I)

| Jerry Huang

I. 地球温暖化

およそ2世紀にわたり、現代経済はたった一つの驚くべき取引に基づいて成り立ってきた。それは、古代の太陽光を掘り起こし、それを燃やし、放出されたエネルギーを運動、熱、光、そして成長へと変換するというものだ。そしてそれは成功した。何十億もの人々を貧困から救い出し、距離を縮め、私たちが暮らす産業文明を築き上げた。しかし同時に、その代償も生み出し、今まさにその請求書が突きつけられようとしている。

化石燃料の燃焼によって発生する二酸化炭素は、大気中のCO₂濃度を数百万年ぶりの高水準にまで押し上げ、近年、世界の平均気温は産業革命以前の水準を1.5℃も上回っている。その結果はもはや会議のスライドに載っているモデル予測ではなく、現実のニュースとなっている。熱波、干ばつ、記録的な豪雨、氷河の後退、サンゴの白化、海面上昇。

そして今まさに、特異で異例な出来事が展開している。2026年9月、赤道太平洋でスーパーエルニーニョが正式に発生した。これは南米沿岸沖に温暖な中心部を持つ「東部型」現象である。世界気象機関は、これが2027年2月まで続く確率はほぼ100%であり、中央および東部熱帯太平洋の海面水温は10月から12月にかけて記録的なレベルに達し、12月頃にピークを迎えると述べている。中国国家気候センターは、これが1951年に体系的な監視が始まって以来最強のエルニーニョになる可能性があると評価しており、一部の予報官は、ニーニョ3.4領域のピーク偏差を3.2~3.5℃と予測している。これは過去の記録的な現象の2.8℃を大きく上回る。

エルニーニョ現象は気候変動によって引き起こされるものではなく、自然現象です。しかし、すでに異常な水準にある気候にエルニーニョ現象が重なることで、この組み合わせは危険なものとなっています。エルニーニョ現象による温暖化が完全に顕在化する2027年には、世界的に記録的な気温が予想されます。モンスーンの乱れ、一部の流域での洪水、他の流域での干ばつ、パーム油、コーヒー、米、砂糖などの作物の不作、海洋熱波、そして南北アメリカ、アジア、オセアニア全域における水力発電システムと電力システムへの深刻な負荷が予想されます。商品アナリストはすでに一部の植物油の価格が30~40%上昇すると予測しています。これが気候変動問題の近未来の姿です。遠い抽象的な問題ではなく、収穫、氾濫原、送電網、病院といった、身近な問題なのです。

II. 経済の血

ここに難しさがある。この危機を引き起こしているまさにその根源は、現代経済の生命線でもある。そして、生命線はそう簡単に代替できるものではない。

石油は単なる燃料ではありません。プラスチック、肥料、医薬品、アスファルト、潤滑油、合成繊維など、石油化学製品全般の原料です。液体エネルギー密度の王者であり、そのため航空輸送のほぼすべてと海上輸送の大部分を今もなお支えています。石油は世界貿易の物流を支え、ディーゼル燃料や肥料を通じて食料価格にも影響を与えています。また、膨大な数の雇用を生み出しています。国際エネルギー機関(IEA)の「世界エネルギー雇用2025」報告書によると、世界のエネルギー関連雇用は2024年に約7,600万人に達しました。そのうち、石油・ガス生産と流通が約1,240万人の雇用を占め、その約3分の2、つまり約800万人は石油供給部門だけで占めています。サービス、精製、輸送、石油化学、燃料小売などにおける間接的および誘発的な雇用を加えると、炭化水素経済によって影響を受ける人々の生活は世界中で数千万人に上ります。米国では、ある業界分析によると、直接的、間接的、誘発的な効果を含めると、約1930万人の雇用が支えられているとされている。中国では、関連する雇用は300万人を超えている。

このシステムの頂点に君臨する企業は、歴史的な規模の既得権益を保有している。彼らの資産――油井、パイプライン、製油所、タンカー船団、埋蔵量――は数兆ドルもの資本に相当する。彼らのビジネスモデル、年金債務、そして(多くの産油州では)国家予算全体が、継続的な需要に依存している。業界が何十年にもわたって気候科学に疑問を呈してきたことは、さほど驚くべきことではない。また、その後、控えめな再生可能エネルギーポートフォリオ、「エネルギー転換」広告、遠い将来を見据えたネットゼロの誓約など、イメージチェンジを図りながら、新たな石油・ガスへの設備投資を続けていることも、同様に驚くべきことではない。大手石油会社のいくつかは最近、価格の低迷と株主からの圧力を理由に、クリーンエネルギーへの支出を再び削減した。この問題に答えるのは、本当に難しい。

III.電化すべきか、すべきでないか?

各国や企業は、航空、陸上、海上輸送において、電動化された代替手段を選択すべきだろうか?個人は次に何をすべきだろうか?

陸上においては、議論はほぼ決着済みと言えるでしょう。バッテリー式電気自動車は、多くの市場で既にライフサイクル全体でコスト競争力が高く、排気ガスもクリーンで静かで、さらに脱炭素化が進む電力網からの充電も増加しています。アジアの多くの地域では、電動二輪車や三輪車が新車販売を席巻しています。都市バス、配送バン、短距離トラックも容易に電動化が進んでいます。大型トラック輸送でさえも電動化が進んでおり、地域貨物輸送にはバッテリーと架線システムが、長距離かつ寒冷なルートには水素が利用されています。ここでの率直な答えは、「電動化すべきだ」ということです。残る障壁――充電インフラ、電力網の容量、バッテリーサプライチェーン――は、原則の問題ではなく、技術と投資の問題なのです。

海上における電化は部分的ではあるものの、着実に進んでいる。フェリー、港湾船舶、内陸水路用はしけ、近海航路は急速に電化が進んでおり、バッテリーハイブリッドフェリーは既にノルウェー、中国などで運航されている。外洋航路はバッテリーのみでは運航できない。エネルギー密度のギャップがあまりにも大きいためだ。現実的な道筋としては、港湾や沿岸水域では電気推進とハイブリッド推進を組み合わせ、外洋では環境に優しいメタノール、アンモニア、水素、風力補助などを活用する。港湾自体の電化、すなわち陸上電力供給、電気貨物取扱設備、陸上充電設備の整備は、大きな成果をすぐに得られるだろう。

航空業界においては、謙虚さが求められる。バッテリーは、ジェット燃料1キログラムあたり、おそらく40分の1程度のエネルギーしか蓄えられない。電動飛行は、練習機、エアタクシー、短距離の地域路線には実用的であり、その分野では着実に進歩が見られる。しかし、長距離航空が今後10年以内に電動化される見込みはない。持続可能な航空燃料、中距離路線向けの水素燃料機、そして何よりも需要管理と公正な炭素価格設定こそが、電動化を実現するための鍵となる。航空業界の課題を電動化で解決できると主張するのは誇張であり、あらゆる面で信頼性を損なうことになる。

では、労働者はどうなるのでしょうか?これは移行に対する最も強い反対意見であり、スローガンではなく、きちんと答えるべき問題です。IEAのデータによると、全体として、これは雇用を奪うような出来事ではありません。2024年には、発電、送電、配電、貯蔵を含む電力部門が、初めてエネルギー分野で最大の雇用主となり、燃料供給部門を上回りました。2019年以降に増加した540万人のエネルギー関連雇用のうち、約4分の3が電力部門でした。電気自動車製造とバッテリー生産だけでも、2024年には約80万人の雇用が創出され、中国では自動車製造業の雇用の約40%が現在、EVとバッテリー関連となっています。必要なのは公正な移行です。再訓練、単一の製油所や炭田を中心に形成された地域社会への地域支援、そして一部の雇用はそのままでは移行できないという事実に対する率直な認識が必要です。

IV. 答え

「電化するかしないか」は、結局のところ、真の二者択一の問題ではない。本当の問題は、電化するかどうかではなく、どこで、どのように持続可能で環境に優しい電化を実現できるかということだ。

道路輸送、都市交通、近海輸送、港湾、暖房など、電化に適した分野は優先的に電化すべきだ。技術は既に整っており、遅れは人命や収穫量に直結する。一方、長距離航空、遠洋輸送、重工業といった過酷な分野については、バッテリーが間に合うと期待するのではなく、現実的な代替手段を模索すべきだ。そして、電化の真価は、それを支える送電網のクリーンさに左右されることを忘れてはならない。未対策の石炭火力発電で充電される電気自動車は、完全な解決策ではなく、部分的な解決策に過ぎない。

石油経済は現代社会を築き上げた。同時に、温暖化した地球上で発生する超大型エルニーニョ現象ももたらした。国家や企業が直面する選択は、繁栄か犠牲かという二者択一ではない。再訓練、投資、そして先見性をもって意図的に移行を管理するか、それとも嵐、干ばつ、座礁資産、そして収穫量の激減によって移行を強いられるか、という選択なのだ。

ハムレットの悲劇は、知性の麻痺、つまりあらゆる結果を予見できたにもかかわらず、それゆえに何も行動を起こせなかったことだった。私たちの場合も同じで、ただ温度計が上昇しているだけだ。電化は、内燃機関で動く自動車、船舶、航空機を100%置き換えるためにあるのではなく(それは不可能だ)、別の選択肢を提供するためにある。それらは単にそれぞれの役割を担っているだけだ。電化すべきか、そうでないか?おそらく、私たち一人ひとりが異なる答えを持っているだろう。

リチウム電池電解質設計におけるLiFSI:欠点と改善戦略

| Jerry Huang

まとめ

ビス(フルオロスルホニル)イミドリチウム(LiFSI)は、リチウムイオン電池およびリチウム金属電池の電解質において、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF₆)に代わる次世代リチウム塩として広く認識されています。その優れた熱安定性、高いイオン伝導率、および優れた加水分解耐性により、急速充電や極限温度用途において特に魅力的な材料となっています。しかしながら、アルミニウム集電体の腐食、高い製造コスト、正極-電解質界面(CEI)の不安定性、および熱安全性に関する懸念など、いくつかの重大な課題が、その普及を妨げています。本稿では、これらの欠点を包括的に分析し、2026年までに文献で報告されている最新の改善戦略を概説します。

1. はじめに

電気自動車向けに300 Wh kg⁻¹を超える高エネルギー密度リチウム電池への世界的な移行は、電解質の性能に前例のない要求を課している。従来のLiPF₆系電解質は、市販の電池で主流となっているものの、熱安定性が低く(約80℃以上で分解)、加水分解感受性が高く(腐食性のHFを生成)、低温での導電率が不十分である。これらの欠点は、大電流によって大きなオーム熱が発生し、電解質が安定性範囲を超えてしまう急速充電シナリオで特に顕著になる。

LiFSI(LiN(SO₂F)₂)は、魅力的な代替品として注目されています。FSI⁻アニオンは、2つのスルホニル基に負電荷が高度に非局在化しているため、格子エネルギーが低く、解離度が高く、結果として優れたイオン伝導率を示します。通常、25℃ではLiPF₆(約10.2 mS cm⁻¹)よりも15~30%高い値を示します。熱分解温度は200℃を超え、加水分解に対する耐性もLiPF₆より著しく優れています。これらの特性により、LiFSIは急速充電用電解液の標準添加剤、そしてますます主要な塩として用いられるようになっています。

しかし、その可能性の裏には、LiFSIが大規模にLiPF₆を完全に置き換える前に解決しなければならない重大な技術的課題が存在する。

2. LiFSIの主な欠点

2.1 アルミニウム集電体の腐食

LiFSIの最も重要かつ広く研究されている制約は、リチウムイオン電池の正極側で使用されるアルミニウム(Al)箔集電体との互換性がないことである。

メカニズム。従来のLiPF₆電解液では、PF₆⁻アニオンが高電位(Li/Li⁺に対して4.0V以上)で分解し、Al表面に薄い不動態化アルミニウム(AlF₃)層を形成します。この膜は有機溶媒に不溶性であり、腐食の進行を効果的に防ぎます。一方、FSI⁻アニオンは安定した不動態化層を形成しません。それどころか、FSI⁻は本来のAl₂O₃膜を攻撃し、孔食を引き起こし、長期間の充放電サイクルでは、いわゆる「骨粗鬆症様」のAl基板の溶解を引き起こします。

電圧と温度依存性。腐食は、高電位(>4.3 V)および高温度(>55 °C)で著しく悪化します。溶解したAl³⁺イオンは電解液を通って陽極側に移動し、そこで寄生反応に関与します。これは「クロストーク劣化」として知られる現象で、容量低下とインピーダンス増加を加速させます。

ステンレス鋼の脆弱性。アルミニウム以外にも、Yan らによる最近の研究 (Nature Communications、2026) では、FSI⁻ がステンレス鋼 (SUS) 集電体の不動態酸化層を不安定化させ、高電圧サイクル条件下で深刻な金属溶解を引き起こす可能性があることが実証されています。

2.2 高い生産コスト

LiFSIはLiPF₆よりも依然としてかなり高価である。2025年末時点で、LiFSIの市場価格は約25万元/トン(バルク換算で約25米ドル/kg)であり、LiPF₆(約13万元/トン)の約2倍である。生産コストは12万~20万元/トンで、その要因は以下の通りである。

・フッ素化、スルホン化、イミド化反応を含む複雑な多段階合成であり、厳格な純度要件が求められる。

・副反応や微量不純物(残留塩化物、水分など)の除去の難しさにより、全体的な収率が低い。

・フッ素含有副産物や酸性排水のため、環境処理コストが高い(廃棄物1トンあたり約1万元)。

LiFSIが塩成分に占める割合が増加している電解液組成(一部の急速充電用電解液ではLiFSIを主成分塩として使用)では、塩のコストが電解液製造コスト全体の60%以上を占める場合があり、コスト削減は大規模普及における重要な障壁となっている。

2.3 陰極-電解質界面(CEI)の不安定性と陰極の亀裂

FSI⁻の分解経路は、TFSI⁻やPF₆⁻の分解経路とは根本的に異なります。陰極表面の酸化条件下では、FSI⁻中のS-F結合が切断され、SO₂や様々なフルオロスルホン酸フラグメントなどの種が生成されます。その結果生じるCEI膜は、機械的に脆く、高電圧下では十分な保護性能を発揮しません。

Tongら(Materials Today、2025)は、LiFSI系電解質が、特に高ニッケル層状酸化物(NMC811、NCA)において、正極電極シートに微細な亀裂を引き起こすことを報告した。これらの亀裂によって正極表面が電解質に露出し、電解質の連続的な分解、遷移金属の溶解、インピーダンスの増加が引き起こされ、自己加速的な劣化ループが生じる。

2.4 急速充電システムにおける熱暴走挙動

LiFSI自体は熱的に安定している(分解開始温度 >200 °C)ものの、LiFSIベースの電解質システムの熱暴走挙動は、従来のLiPF₆配合とは異なる。RSC Energy & Environmental Science(2025)に掲載された研究によると、長時間の急速充電サイクル後、LiFSIベースのセルは発熱プロファイルとガス発生パターンが変化することが明らかになった。SO₂やHFなどの分解生成物は異なる放出速度を示し、セルの熱安全限界は、LiPF₆ベースのシステムから単純に外挿するのではなく、再評価する必要がある。

2.5 シリコン系アノードとの互換性に関する課題

LiFSIは無機LiFを豊富に含むSEI層の形成に寄与し、これは一般的に機械的強度を高める上で有益であるが、リチウムイオン挿入時のシリコン負極の体積膨張(約300%)がSEI層の破壊と再形成を繰り返す原因となる。これにより、電解液の継続的な消費、初期クーロン効率の低下、そして長時間の充放電サイクルにおける急速な容量劣化が生じる。LiFSI分解生成物とシリコン表面との相互作用を考慮し、長期的な安定性を確保するためには、電解液の設計を慎重に行う必要がある。

3.改善戦略

3.1 アルミニウム腐食の軽減

3.1.1 二塩および多塩電解質システム

最も工業的に成熟したアプローチは、LiFSIとLiPF₆を二元塩組成で組み合わせるものです。PF₆⁻アニオンはアルミニウム集電体上に必須のAlF₃不動態化層を提供し、LiFSIは優れた導電性と熱安定性をもたらします。Kautzらは(Journal of The Electrochemical Society、2026)、制御された溶媒和構造を持つ最適化されたLiFSI–LiPF₆二元塩電解質を実証し、零下から高温までの広い温度範囲で優れたサイクル安定性を示しました。

3.1.2 ホウ酸塩系添加剤

リチウムホウ酸塩、特にジフルオロ(オキサラト)ホウ酸リチウム(LiDFOB)とビス(オキサラト)ホウ酸リチウム(LiBOB)は、腐食抑制添加剤として非常に効果的であることが証明されています。これらの化合物はアルミニウム表面で優先的に酸化され、FSI⁻の攻撃を防ぐ保護膜を形成します。特に、Yanら(Nature Communications、2026)は、LiDFOBの添加がLiFSI系電解液中のアルミニウムとステンレス鋼の両方の溶解を同時に抑制し、二重の保護メカニズムを提供することを示しました。

3.1.3 溶媒和構造エンジニアリング

より根本的なアプローチとしては、Li⁺溶媒和鞘を再構築してFSI⁻がAl表面にアクセスするのを制限することが挙げられる。戦略としては以下のようなものがある。

•高濃度電解質 (HCE) : 非常に高い塩濃度 (>3 M) では、遊離溶媒分子の数が大幅に減少し、FSI⁻ アニオンが Li⁺ に強く配位するため、Al 腐食に対する活性が制限されます。

•フッ素化エーテル溶媒:TTE(1,1,2,2-テトラフルオロエチル-2,2,3,3-テトラフルオロプロピルエーテル)などのフッ素化希釈剤や、HFTEPなどの新しい代替品は、電解液の酸化分解を抑制し、同時に溶媒和環境を変化させて集電体を保護します。

・二元アニオン溶媒和構造:LiNO₃に加えてテトラエチレングリコールジメチルエーテル(TEGDME)などの共溶媒を導入することで、安定な二元アニオンLi⁺溶媒和構造を構築できることが示されています。TEGDMEはFSI⁻をAl表面から遠ざけるように配位を助け、LiNO₃はLi⁺と溶媒イオンの双極子相互作用を強化し、リチウム金属表面に窒素に富む不動態皮膜を生成します。この二元戦略により、55℃で400サイクル後も89.6%の容量維持率を達成しました。

3.1.4 イオン液体添加剤

DFOB⁻やPO₂F₂⁻などのアニオンを含むイオン液体は、リチウムの蓄積損失とアルミニウムの腐食を同時に解決するために研究されてきた。高電圧で動作するアノードフリーのリチウム金属電池では、これらの添加剤は正極と集電体表面の両方に保護的な界面層の形成を促進する。

3.2 コスト削減

・プロセス最適化:収率向上と廃棄物発生量削減のため、連続フロー合成、精製方法の改善、触媒を用いた合成経路などが開発されている。

•スケールアップとサプライチェーンの成熟:生産能力が拡大するにつれて、特に中国では主要な電解質メーカーがLiFSI生産ラインに投資しており、規模の経済によりLiPF₆との価格差が縮小すると予想されます。

・混合塩配合:LiFSIを完全な代替品としてではなく、部分的な代替品(例えば、モル分率20~50%)として使用することで、性能上の利点のほとんどを維持しながら、セルあたりの塩コストを削減できます。

3.3 陰極-電解質界面の安定化

3.3.1 フッ素化溶媒系

フッ素化溶媒は、CEIの安定性を向上させる上で非常に有望であることが示されています。Liuら(Nature Energy、2026)は、高度にフッ素化されたカチオンがアニオンおよび希釈剤と相乗的に相互作用して酸化安定性を高め、4.5Vを超える電圧での信頼性の高いサイクルを可能にするハイブリッドフッ素化イオン液体電解質を実証しました。

3.3.2 スルホンアミド系溶媒システム

Xueら(西安交通大学、Advanced Materials誌、2025年掲載)による画期的なアプローチでは、LiFSI塩と2種類のスルホンアミド溶媒からなる混合スルホンアミド電解質が導入され、追加の添加剤は不要となった。この電解質は、最初のリチウム化時にシリコン負極上に緻密で無機物に富む自己制限的な界面を形成する。過酷な条件下(カットオフ電圧4.5V、面積容量5mAh cm⁻²)で、NMC811||high-Siポーチセルは1,150サイクル後でも80%の容量維持率を達成した。これは、従来の工業用電解質を使用した場合のわずか383サイクルと比較して大幅な改善である。

3.4 熱安全性の確保

・システムレベルの熱管理:LiFSI系電解質特有の熱暴走開始温度とガス発生プロファイルを考慮して、バッテリーの熱管理システムを再調整する必要があります。

・電解質組成の調整:溶媒比率を調整したり、難燃剤(リン含有化合物など)を添加したりすることで、イオン伝導性を損なうことなく熱挙動を調整できます。

•加速速度熱量測定 (ARC) 特性評価: LiPF₆ ベンチマークからの外挿に頼るのではなく、各 LiFSI 組成に特化した包括的な熱暴走試験が不可欠です。

3.5 シリコンアノードの適合性の向上

・堅牢なSEIのための電解質エンジニアリング:LiFSIと共塩およびカスタマイズされた溶媒システムを組み合わせることで、イオン輸送を維持しながら体積膨張に対応できるSEIを形成します。

・プレリチウム化および人工SEI戦略:リチウムの量を補充し、機械的に柔軟な界面層を事前に形成することで、シリコン表面上のLiFSIに関連する初期のSEI不安定性を相殺することができます。

• Siアノード上のSEI制御のための電解質エンジニアリング:最近の研究(OAE Publishing、EnergyZ、2026)では、エチレングリコールジグリシジルエーテル(EGDE)とLiFSIを組み合わせることで、Li⁺配位を調整することによりアニオンのアクセス性が向上し、マイクロメートルスケールのシリコン粒子上のSEIの安定性が向上することが示されています。

4.総括と展望

課題1 :アルミニウム集電体の腐食原因:FSI⁻がアルミニウム表面を不動態化できない現在の最善の対策:LiFSI + LiPF₆二元塩 + LiDFOB添加剤成熟度:工業的に採用済み

課題2 :高コスト原因:複雑な合成、低収率、廃棄物処理現在の最善の対策:スケールアップ+プロセス最適化+混合塩成熟度:進行中

課題3 :CEIの不安定性/カソードの亀裂原因:高電圧でのS-F結合の切断現在の最善の対策:フッ素化溶媒、スルホンアミド系電解質成熟度:ラボでの検証

課題4 :熱暴走リスク原因:急速充電時の分解経路の変化現在の最善の対策:システムレベルの熱管理+ARC特性評価成熟度:初期段階

課題5 :Siアノードの不適合性原因:体積膨張によるSEIの破壊現在の最善の対策:混合スルホンアミド電解質、EGDE添加剤成熟度:ラボ検証

LiFSIの研究は、受動的な緩和策(添加剤による保護)から能動的な分子設計へと移行しつつあります。すなわち、溶媒和構造、アニオン配位、界面化学を設計することで、腐食や不安定性を引き起こす条件を根本的に排除することを目指しています。電解液の配合技術と製造規模拡大が継続的に進歩するにつれ、LiFSIは急速充電システム向けのハイエンド添加剤から、次世代の有望な一次リチウム塩へと進化を遂げつつあります。

今後数年間で、以下の3つのトレンドが収束する可能性が高い。(1) コストと性能のバランスが取れた二元塩および多元塩配合の成熟、(2) CEIおよび腐食の問題を分子レベルで解決する新規溶媒系(スルホンアミド、フッ素化エーテル、イオン液体)の出現、(3) プロセス革新と生産能力拡大によるLiFSI製造コストの継続的な削減。これらの進展により、LiFSIはリチウム電池電解質技術における次の大きな進化の中心に位置づけられる。

参考文献

[E1] Yan, P. et al.「LiFSI系電解質におけるステンレス鋼溶解のメカニズムと抑制」 Nature Communications 、2026年。

[E2] Liu, Q. et al.「高電圧リチウム金属電池用ハイブリッドフッ素化イオン液体電解質」 Nature Energy 、2026年。

[E3] Kautz, DJ 他「広範囲の温度と高速充電用途向けの高度な LiFSI–LiPF₆ 電解質」 Journal of The Electrochemical Society 、2026。

[E4] Tong, L. et al.「リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの台頭:次世代電池のための効率的なリチウム塩」 Materials Today 、2025年。

[E5] Zhang, M. et al.「固体電解質と電極間の界面における課題、戦略、展望」 EnergyZ (OAE Publishing) 、2026年。

[E6] Chen, Y. et al.「LiFSIベースのエーテル電解質を用いた高電圧リチウム金属電池におけるアルミニウム腐食化学」 ACS Applied Materials & Interfaces 、2024年。

[E7] Jang, T. et al.「フッ素化エーテル電解質中のアルミニウム腐食に対するLi⁺溶媒和構造の影響」 PubMed 、2025年。

[E8] Scheer, KM 他「LiFSI、LiPF₆、LiBF₄ を用いたリチウムイオン電池におけるアルミニウム集電体の陽極溶解」 Journal of The Electrochemical Society 、2025年。

[E9] Xue, W. et al.「長寿命リチウムイオン電池用混合スルホンアミド電解質」 Advanced Materials 、2025年。

[E10] 「LiFSI系電解質を用いた急速充電リチウムイオン電池の熱暴走メカニズム」 RSC Energy & Environmental Science 、2025年。

[E11] Zhang, SS「低濃度から中濃度の電解質における単一塩としてのLiFSIの謎を解明する」 Journal of Energy Chemistry 、2022年。

[E12]「電解質の進化:溶媒和構造から次世代電池へのロードマップ」 Nano-Micro Letters(Springer) 、2026年。

[E13]「リチウム電池のSiアノードにおけるSEI制御のための電解質工学」 EnergyZ(OAE Publishing) 、2026年。

硫化物系全固体電池向け低圧・高耐久性界面設計

| Jerry Huang

硫化物系全固体電池向け低圧・高耐久性界面設計

編集者注:2026年4月21日、寧波東方工科大学の孫学良院士と王長紅氏の研究チームは、「低圧で耐久性のある全固体電池のためのイオン性エラストマー界面」と題する研究論文をAdvanced Energy Materials誌に発表しました。この研究では、機械的柔軟性とイオン伝導性を組み合わせた複合界面を構築するイオン伝導性エラストマー界面戦略を提案し、低外部圧力下での全固体電池(ASSB)の安定動作を可能にしています。 SIBS(スチレン-イソブチレン-スチレンブロック共重合体)とLiTFSI-G3(トリグリメを含むビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム)から構成される設計されたイオン性エラストマーは、室温でのイオン伝導率が0.3 mS cm⁻¹、複合電解質伝導率が5.23 mS cm⁻¹と高く、弾性率が29.8 MPaと低く、熱安定性(≥400 °C)に優れているなど、優れた総合性能を示します。この界面設計を活用することで、電池はわずか5 MPaの低いスタック圧力で200 mAh g⁻¹の初期容量を実現し、1Cレートで700サイクル以上安定したサイクルを実現します。硫化物系ASSBの界面処理に関する重要な解決策をもたらすための研究者の努力に感謝します。

抽象的な

全固体電池(ASSB)は、高いエネルギー密度と固有の安全性から、次世代エネルギー貯蔵システムとして大きな可能性を秘めています。しかし、固体間の界面接触を維持し、長期サイクル安定性を確保するために、高い外部圧力(通常数十メガパスカル)が必要となるため、実用化が阻害されています。本稿では、大幅に低いスタック圧力で安定したASSB動作を可能にするために特別に設計されたイオン性エラストマーについて報告します。このエラストマーは、機械的に柔軟なポリマーマトリックスとイオン伝導性相を組み合わせたもので、高い室温イオン伝導率(0.3 mS cm−1)、低い弾性率(29.8 MPa)、優れた熱安定性(400℃以上)、および硫化物系固体電解質(SSE)との強い化学的適合性を実現しています。硫化物系SSEと組み合わせると、この複合材料は5.23 mS cm−1という驚異的な室温イオン伝導率を示します。この複合材料を高ニッケル正極(Ni ≥ 90%)を備えた全固体電池(ASSB)に組み込むことで、0.05Cで200 mAh g−1の初期容量が得られ、わずか5 MPaの低スタック圧力下で1Cで700サイクル以上という優れたサイクル安定性を実現しました。このイオンエラストマー戦略は、電気化学的・機械的劣化を緩和し、高圧の必要性を排除し、実用的で耐久性のあるASSB技術への拡張可能な道筋を提供します。

硫化物系全固体電池における現在の固体-固体界面の課題を振り返ってみましょう。

硫化物系全固体電池における固体-固体界面の問題は、固体が液体電解質のように互いに「濡れ」、密着することができないことに根本的に起因する。その結果、接触不良、過剰な界面反応、そして亀裂の発生が生じる。これは、硫化物系全固体電池を研究室から量産へと移行させる上で最も大きな障害となっている。具体的な課題は、物理的接触の不足、化学的副反応、機械的故障の3つに分類できる。

1.不十分な身体的接触 ― イオン経路の「開回路」

点接触:正極粒子と電解質粒子はどちらも剛体であるため、混合後、界面に多数の空隙を持つ点接触しか形成できず、リチウムイオン輸送経路が阻害され、界面インピーダンスが高くなります。

自己修復機能がない:液体電池では、電極が膨張・収縮する際に電解液が流れて隙間を埋めますが、固体同士の界面が一度剥離すると、その断絶は永久的なものとなります。

2.豊富な化学的副反応 ― 界面の「汚染」

陰極側:高電圧下では、硫化物電解質は酸化されやすく、陰極材料と反応して低伝導性の界面層(例:Li₂S、P₂Sₓ)を形成します。また、「空間電荷層」も形成されます。これは、界面でリチウムイオンが枯渇し、高速道路の突然の速度制限区間のような状態となり、インピーダンスが劇的に増加します。

陽極側:リチウム金属と接触すると、還元反応が容易に起こり、高インピーダンスの副生成物が生成され、粒界に沿ってリチウムデンドライトの成長が促進され、電解液に浸透して短絡を引き起こす可能性があります。

3.機械的故障 ― サイクリング後の「崩壊」

体積変化:充放電中、電極材料は膨張と収縮を繰り返します(シリコンアノードは300%以上膨張することがあります)。数百回の充放電サイクル後、固体同士の接触面に亀裂が生じ、剥離が起こり、容量が急激に低下します。

外部圧力の必要性:実験室では、数十メガパスカルから数百メガパスカルの外部スタック圧力を加えることで、界面接触を強制的に維持することができる。しかし、このような加圧システムは車両に搭載することはできない。量産時にゼロまたは低圧下で安定した接触を実現することは、依然として大きな技術的課題である。

特に、硫化物電解質は水分に非常に敏感であり、水に触れると有毒な硫化水素ガスが発生する。そのため、製造工程全体を不活性雰囲気下または超低露点条件下で行う必要があり、界面設計の難しさをさらに高めている。

参照

https://doi.org/10.1002/aenm.202504652

新設計の電解質により、エネルギー密度700Wh/kgを超えるリチウムイオン電池が実現

| Jerry Huang

新設計の電解質により、エネルギー密度700Wh/kgを超えるリチウムイオン電池が実現

編集者注:新たに合成された材料は、室温で700 Wh/kg以上、-50℃で約400 Wh/kgのエネルギー密度を実現するリチウム金属パウチ電池を可能にする、斬新な電解質の開発に新たな可能性をもたらします。リチウム塩LiFSIは、電解質の設計において非常に重要な役割を果たしています。南開大学の陳俊院士と趙慶氏のチームによる素晴らしい研究とアプローチに深く感謝いたします。彼らの研究は、私たちにどのような違いとインスピレーションをもたらしてくれるのでしょうか?詳しく見ていきましょう。

抽象的な

電気化学デバイス用の電解質溶媒は、過去数十年にわたり、酸素(O)系および窒素(N)系の配位子が主流であり、これらの配位子では、双極子とイオン(Li+、Na+など)の相互作用がイオン解離と輸送の基礎となることが多いものの、電解質と電極の界面での電荷移動プロセスを阻害します。本研究では、モノフッ素化構造を持つアルカンを合成することにより、立体障害とルイス塩基性を設計したフッ素(F)系配位子が2 mol/Lを超える塩の溶解を可能にすることを示しました。中でも、1,3-ジフルオロプロパン(DFP)系Liイオン電解質は、低粘度(0.95 cp)、高酸化安定性(>4.9 V)、-70 °Cでのイオン伝導率0.29 mS/cmなど、エネルギー密度が高く低温動作が可能な電池に必要なすべての利点を備えています。第一溶媒和殻にフッ素原子を組み込むことで、弱いF–Li+配位により、クーロン効率(CE)が最大99.7%に達し、−50 °CでのO–Li+配位よりも一桁大きい交換電流密度でLiの析出/剥離プロセスが促進されます。さらに、この電解質は、0.5 g/Ah未満の電解質量でリチウム金属パウチセルを動作させ、室温で700 Wh/kg以上、−50 °Cで約400 Wh/kgのエネルギー密度を実現します。本研究のハイドロフルオロカーボン(HFC)電解質は、従来の配位化学を超えた電気化学システムを構築するための実現可能なアプローチを提供します。

参照

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10210-6

速報:5分でフル充電可能なスケーラブルな固体電池がCES 2026で発表

| Jerry Huang

ラスベガスで開催されたコンシューマー・エレクトロニクス・ショー(CES)2026からのニュースです。フィンランドのスタートアップ企業であるDonut Labは、毎年恒例のCES展示会で、爆発的な「ハイテク」製品を披露しました。同社は、自社のバッテリーが世界初の量産型全固体電池(ASSB)であると主張しています。ドーナツ01 2026年のCES展示会で、Donut Labは世界初の全固体電池を発表した。この電池はOEM生産の準備が整っており、Verge Motorcyclesの二輪バイクモデルであるTS ProとUltraに初めて採用される予定だ。もし実際に顧客に届けられれば、これは世界的な電動化の道のりにおける重要な節目となり、固体電池技術が研究室から量産モデルへと移行することを示すものとなるだろう。ドーナツ02 Donut Labは公式ウェブサイトのプレスリリースで、電気自動車の性能の限界を絶えず押し広げ、新しい技術を市場に投入することで、革新的な電動化ソリューションの提供に尽力していると述べています。Donut Labはモビリティの未来を形作っています。「この度、Donut LabはOEM車両製造に使用できる世界初の全固体電池を発表できることを光栄に思います。Donut Labの全固体電池は直ちに商用化され、既存のVergeモーターサイクルのラインナップに電力を供給します。」

報道によると、Donut Labの全固体電池は400Wh/kgのエネルギー密度を実現し、航続距離の延長、軽量化、そして車両や製品設計における前例のない柔軟性を可能にするという。

このバッテリーは、充電を80%に制限する必要なく、わずか5分でフル充電が可能で、安全かつ繰り返し、信頼性の高い完全放電にも対応しています。

従来のリチウムイオン電池とは異なり、この全固体電池は寿命を通して「容量劣化が最小限」です。最大10万回の充電サイクル試験をクリアしており、既存技術をはるかに凌駕する実寿命を実現しています。安全性もこの電池の重要な特長の一つです。可燃性の液体電解質を使用せず、熱暴走や金属デンドライトも発生しません。これにより、電池火災の原因が根本的に排除され、極めて安全で真に革新的な電池となっています。 サイクル寿命比較ドーナツ Donut Labは、バッテリーの性能は-30℃から100℃を超える温度範囲で厳密にテストされており、99%の容量を維持し、「発火や劣化の兆候は見られなかった」と述べている。

原材料とコストに関して、Donut Labは、同社の全固体電池は「豊富で安価かつ地政学的に安全な材料」のみで作られており、希少元素を含まず、リチウムイオン電池よりも安価であると述べている。しかし、Donut Labは、全固体電池セルを製造するために必要な具体的な材料については明らかにしていない。

自動車業界のベテランジャーナリスト、アントゥアン・グッドウィン氏は、今年のCES展示会でドーナツラボの全固体電池モデルを間近で見る機会を得た。彼の紹介によると、この電池は大型スマートフォン(iPhone 17 Pro Maxなど)と同程度のサイズで、非常に軽量だという。この超軽量電池は、将来的にドローンへの応用にも非常に適しているだろう。

Donut Labの計画によると、同社はこれらのバッテリーを組み合わせて5kWhの大型電源ユニットを構築する予定で、各ユニットのサイズはPS5ゲーム機と同程度になる。小型であるため、このような電源ユニットを4つ、Verge TS Proモーターサイクルのフレームに搭載することが可能となる。この画期的な設計は、Donut Labが昨年発表した、ホイールに統合された円形電気モーターの恩恵を受けている。ドーナツモーターズ Donut LabとVerge Motorcyclesは月曜日、Vergeのバイクがこの新しいバッテリーを搭載した世界初の量産型車両になると発表した。このバイクは充電時間がわずか10分で、1分間の充電で最大60キロメートルの航続距離を実現している。また、Verge Ultraバージョンは1回の充電で最大600キロメートル走行できる。このバッテリーの10万回のサイクル寿命は、理論上の総航続距離が6000万キロメートルと解釈できる。年間6万キロメートル走行したとしても、このバッテリーは理論上1000年間持続する可能性がある。これは「あまりにも良すぎて信じられない」と言う人もいる。

「Donut Labは、大規模生産にも対応可能な高性能ソリッドステートDonutバッテリーを開発しました。このバッテリーは、2026年第1四半期にVerge Motorcyclesのバイクに搭載され、実世界での使用が実現する予定です。」Verge TS Proの価格は29,900ドルからです。Verge TS Pro電動バイクへの搭載に加え、固体電池は明らかに電気自動車への応用においてより有望である。グッドウィン氏は、この技術の利点は大型車両においてより顕著であり、軽量化と充電速度の向上は使用時に2倍の効果を発揮すると述べた。ドーナツラボは月曜日、電気自動車会社ワットEVと提携し、ドーナツモーターとバッテリー技術を組み合わせた超軽量モジュール式電気自動車プラットフォームを開発すると発表した。

「固体電池は常に『あと数年で実現する』と言われてきました」と、ドーナツ・ラボの最高経営責任者(CEO)であるマルコ・レティマキ氏は語った。「しかし、私たちの答えは違います。固体電池は今日、実用化できるのです。後ではありません。」

より理解を深めるために、現在市販されているバッテリーを見てみましょう。バッテリー業界には常に「(マンデルの)トリレンマ」あるいは「不可能な三位一体」と呼ばれる問題があり、これはバッテリーの3つの主要指標(性能、コスト、安全性)のバランスを同時に取ることがいかに難しいかを示しています。これらのうち1つを最適化するには、他の1つ、あるいは2つを犠牲にしなければならない場合が多いのです。

これに対し、市販の高性能リチウムイオン電池のエネルギー密度は約250~300Wh/kgで、一般的な寿命は約5000サイクルです。電池寿命を延ばすため、80%以上充電しないことが推奨されることが多いです。ドーナツ型電池のすべての特徴が真実であれば、あらゆる面で既存の技術を凌駕することになります。

他の電池メーカーはこれまでどのような進歩を遂げてきたのでしょうか?ASSBの量産化に向けてどのような計画があるのでしょうか?Sunwodaは2025年10月に、エネルギー密度400Wh/kgの新世代ポリマー固体電池を発表しましたが、その寿命はわずか1200サイクルです。CATLが2025年4月に発表した第2世代Shenxingスーパーバッテリーも、5分間の充電で520キロメートルの航続距離を実現し、商用化されています。同社の第5世代LFPバッテリーのサイクル寿命は約3000サイクルを超えています。

トヨタは当初、2020年に全固体電池の量産開始を計画していたが、その後2023年、2026年と延期され、現在は2027~2028年となっている。サムスンSDIも、2027年に量産可能な全固体電池の実現を目指している。

CATLは、全固体電池の小規模生産を2027年に開始し、大規模生産を2030年頃に開始する計画を立てている。ヒュンダイと起亜は、2030年より前に開始することはないだろうと述べている。ブルームバーグNEFは、2035年になっても、全固体電池は電気自動車やエネルギー貯蔵設備における世界シェアの約10%にとどまると予測している。

投資家とコンサルティング会社は2026年のリチウム需要について楽観的な見方を維持

| Jerry Huang

世界のEV市場は、ここ数年の世界的な電気自動車補助金の減少に伴い、比較的「合理的な」成長率に達しており、同時期にリチウム塩の需要は予想よりも弱まっています。

コンサルティング会社アダマス・インテリジェンスは最近、電気自動車の普及が比較的成熟した段階に入るにつれ、エネルギー貯蔵需要の伸びがバッテリー生産に影響を与える「主要な変動要因」となり、最終的には2026年のリチウム需要を左右すると予測しました。シティグループ、UBS、バーンスタインは、このエネルギー貯蔵の拡大により、来年には世界のリチウム市場が供給不足に陥ると予測しています。エネルギー貯蔵分野におけるリチウム需要は来年55%増加すると予想されており、これは電気自動車の19%増加をはるかに上回ります。

LIB正極のリサイクルに低コストで環境に優しい新たな技術が発表されました

| Jerry Huang

LIB正極のリサイクルに低コストで環境に優しい新たな技術が発表されました

編集者注:民生用電子機器、EV、系統電力貯蔵の急速な発展により、リチウムイオン電池(LIB)の需要が急増しています。しかし、寿命はわずか6~8年であるため、2030年までに1,100万トン以上の電池が寿命を迎えると予想されており、前例のない資源逼迫、環境リスク、そして経済的課題を引き起こしています。現在、Li、Co、Ni、Mnといった高付加価値元素を含む正極材(特に層状金属酸化物、LMO)のリサイクルが、こうしたリサイクル活動の焦点となっています。

北京大学のQuanquan Pangチームと西インド諸島工科大学のJiashen Meng共同チームが、使用済みLIBカソード、特にLMOのリサイクルについて発表したもう一つのアプローチをご紹介します。研究者の皆様に深く感謝申し上げます。

特に、この LTMS-ECR アプローチでは、電極を「黒色粉末」に粉砕するステップを踏まずに、アルミニウム集電装置にまだ取り付けられたままの使用済みカソードを直接処理し、前処理ステップを大幅に簡素化します。

LTMS-ECR技術は、再利用可能な低コストの溶融塩電解質とLi2O、および高価値の副産物であるCo3O4とLiClを使用することで、使用済みバッテリーのリサイクルで1kgあたり1.86ドルという高い収益性を達成する可能性があるとされており、乾式冶金技術や湿式冶金技術に比べてほぼ10倍の改善を示しています。

技術、経済、環境への影響に関する分析により、LTMS-ECRは優れた経済的実現可能性と炭素持続可能性を示すことが実証されています。高い回収効率、低いエネルギー消費量、そして環境への配慮は、正極材料のリサイクルにおける革新的な化学的経路となります。

抽象的な

電気化学的リサイクル(ECR)は、再生可能エネルギーを利用して使用済み層状金属酸化物(LMO)を分解する有望な戦略です。しかし、現在のECR手法は、電解質としてアルカリ炭酸塩または塩化物溶融塩を用いた高温動作(最大750℃)に限定されており、熱入力のためのエネルギー消費量が多くなります。本研究では、AlCl3-LiClからなる低融点アルカリクロロアルミネート溶融塩電解質を提案し、150℃という低温でのECR電解を可能にします。アルカリクロロアルミネート溶融塩中のO2−電荷キャリアの高い溶解度により、LMOカソードは電気化学的還元分解を受け、元素遷移金属と塩化リチウム(LiCl)を生成します。重要な点は、これら2つの生成物はLi2O添加溶融塩に不溶であり、容易な水浸出処理によって分離できることです。特に、不活性TiNアノードを組み込むことで、電気分解中のCO2排出をO2生成に置き換えることで削減し、カーボンニュートラルへのさらなる貢献を果たします。低温溶融塩電解液ECR(LTMS-ECR)アプローチでは、LiCoO2から97.3%という高いコバルト回収率を達成しています。技術経済分析によると、LTMS-ECR技術はエネルギー消費量とCO2排出量を約20%削減し、従来の方法と比較して約10倍の収益性があると予測されています。このアプローチは、エネルギー効率が高く、持続可能で経済的に実現可能な使用済みLIBリサイクルのための革新的な代替手段となります。

参考文献

https://doi.org/10.1002/adma.202512984

リチウム市場、特にLiPF6では何が起こっているのでしょうか?

| Jerry Huang

過去 4 か月間、炭酸リチウムや水酸化リチウムなどの基礎塩を含む多くのリチウム塩の市場価格は、需給状況に基づき、LiPF6 や LiFSI と同様に明らかに上昇しました。

国内市場におけるリチウム塩のエネルギー貯蔵需要は今年後半に急速に増加しており、EV市場からのリチウム電池需要の増加と相まって、例年通りの活況を呈する9月と10月には、電池メーカーからもほぼフル生産でリチウムの需要が高まっています。驚くべきことに、海外市場からの需要も増加を続けています。市場からの強い需要は、リチウム塩の価格上昇を支える力となっています。LiPF6は依然として中国市場で主要な電解質塩であるため、その価格は急上昇を続け、2025年10月にはLiFSIの価格を上回りました。歴史上、同様の状況は何度も見られてきました。

一方、ここ数年の価格競争の影響で、多くの中小リチウム塩メーカーが生産停止に追い込まれています。大手メーカーの一部も生産能力の一部を停止しており、再開には2~3ヶ月かかる見込みです。新規に計画された多くの工場や生産能力は、当初の計画通りには進んでいません。数年間の供給過剰の後、リチウム塩の供給は一時的に逼迫しています。

炭酸リチウムや水酸化リチウムなどの基礎リチウム塩の価格が過去 4 か月間上昇し続けているため、LiPF6 と LiFSI のコストも同時に上昇しました。

これまで中国国内市場において、電解液製造用リチウム塩の主力はLiPF6であり、他の塩よりも需要が強い状況となっています。需給バランスは今後さらに拡大していくのでしょうか、それとも近い将来均衡に近づくのでしょうか。今後の動向を見守りたいと思います。

Poworksは、高品質の炭酸リチウム、バッテリーグレード、工業用または高純度の高品質水酸化リチウム、LiPF6、LiFSIを迅速に供給いたします。お気軽にお問い合わせください。

安価で高エネルギー密度、長サイクル寿命のハロゲン化物材料を発見

| Jerry Huang

安価で高エネルギー密度、長サイクル寿命のハロゲン化物材料を発見

編集者注:エネルギー貯蔵分野において、全固体電池は次世代エネルギー貯蔵技術の最良のソリューションと目されていますが、その開発は長年にわたり電極材料の重大なボトルネックによって制約されてきました。従来の全固体電池(ASSB)は、一般的に活物質、固体電解質、導電助剤からなる電極を備えています。しかし、これらの不活性成分(電極体積の40~50%を占める)は、エネルギー密度を低下させるだけでなく、界面副反応を誘発し、リチウムイオン輸送の屈曲性を高めます。「オールインワン」設計(高い導電性と電気化学活性を示す材料)はこれらの問題を解決できる可能性がありますが、酸化物(低容量)や硫化物(高コスト)といった既存の材料は、将来の市場の要求を満たすのに苦労しています。ハロゲン化物は低コストと高いイオン伝導性という利点がありますが、電子伝導性とエネルギー密度が不十分です。そのため、高い電気化学性能、安価な拡張性、そして機械的安定性を兼ね備えたオールインワン材料の開発が重要な課題となっています。

素晴らしい例をご紹介します。カナダのウェスタンオンタリオ大学の研究チームが、Nature誌に掲載された論文で革新的な答えを提示しました。彼らは、動的な自己修復機能と3 in 1の統合(正極/電解質/導電体)を特徴とする世界初のハロゲン化物材料、Li₁.₃Fe₁.₂Cl₄を設計したのです。可逆的なFe²⁺/Fe³⁺酸化還元反応と、独自の脆性から延性への遷移メカニズムにより、この材料は3,000サイクル後も90%の容量を維持し、電極エネルギー密度は529.3 Wh kg⁻¹(複合設計により725.6 Wh kg⁻¹まで拡張可能)を達成しています。さらに注目すべきは、そのコストが従来の電極のわずか26%に抑えられていることです。シンクロトロン放射光と原子シミュレーションを組み合わせることで、鉄の移動によって引き起こされる自己修復メカニズムが初めて明らかになりました。この研究は、全固体電池の中核材料を開発するだけでなく、材料、メカニクス、電気化学を統合したオールインワン設計のパラダイムレベルの事例を提供するものです。研究者の皆様の多大なご尽力に感謝申し上げます。

抽象的な

全固体電池は、高エネルギー密度と経済性という潜在能力を実現するために、高度な正極設計を必要とする。不活性導電助剤や異種界面を排除した一体型正極は、エネルギーと安定性の大幅な向上が期待できるが、Li+/e-導電性、機械的堅牢性、構造安定性が不十分な材料が実現を阻んでいる。本研究では、これらの課題を克服した費用対効果の高いハロゲン化物材料、Li1.3Fe1.2Cl4を紹介する。Li1.3Fe1.2Cl4は、そのフレームワーク内で可逆的なFe2+/Fe3+酸化還元反応と迅速なLi+/e-輸送を利用することで、Li+/Liに対して529.3 Wh kg-1の電極エネルギー密度を実現する。特に、Li1.3Fe1.2Cl4は、充放電サイクル中に可逆的な局所Fe移動や、自己修復挙動をもたらす脆性から延性への転移など、独自の動的特性を示す。これにより、5Cのレートで3,000サイクルにわたって90%の容量維持率を維持するという、卓越したサイクル安定性が実現しました。Li1.3Fe1.2Cl4をニッケルリッチ層状酸化物と組み合わせることで、エネルギー密度はさらに725.6Wh/kgに向上します。オールインワンハロゲン化物の優れた動的機械特性と拡散特性を活用することで、本研究は、オールインワンハロゲン化物を次世代全固体電池におけるエネルギー密度が高く耐久性の高い正極材料への道筋として確立しました。

参考文献

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09153-1

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