読者アンケート ニュースレター登録 雑誌の無償購読お申込み
EDN Japan トップ   >   Automotive Electronics   >   解説記事一覧   >   東芝が「SCiB」を車載用に展開、2次利用による価格低減も視野
Tech & Biz

東芝が「SCiB」を車載用に展開、
2次利用による価格低減も視野

2009年10月
この記事を : 印刷する 印刷 メールで送る メールで送る ブックマーク はてなブックマークに登録 この記事をクリップ Buzzurlにブックマーク Yahoo!ブックマークに登録 この記事が掲載されている雑誌
　東芝は、負極材料にチタン酸リチウム（LTO）を用いたリチウム（Li）イオン電池「SCiB」の車載向け展開を推進、ハイブリッド車用と電気自動車用、それぞれ専用の電池セルを開発した。ハイブリッド車用についてはすでに評価活動を開始しており、電気自動車用は2009年秋からサンプル出荷を開始する。さらに、電気自動車用については、電池セルを家庭用蓄電池などに2次利用するビジネスモデルを構築することで、大幅な価格低減を目指す。

試作電池パックで成果を確認

　SCiBは、東芝が2007年12月に発表した産業機器向けのLiイオン電池である。5分間の充電で全容量の90％まで充電できる急速充電性能や、充放電を6000サイクル行っても初期の90％以上の容量を維持する長寿命性能を備えることを特徴としている。

　SCiBの標準セルの仕様は、形状が角型、公称電圧が2.4V、公称容量が4.2Ah、サイズが62mm×95mm×13mm、重量が155g。そして、電池が出力できる電流量の指標とされる出力密度は1000W/kg以上、重量当たりの蓄電量の指標となるエネルギー密度は約65Wh/kgである。

図1「SCiB」の開発ロードマップ（提供：東芝）
図1　「SCiB」の開発ロードマップ（提供：東芝）
　東芝が開発を進める車載用SCiBでは、この標準セルを基に、ハイブリッド車用セルでは出力密度を、電気自動車用セルではエネルギー密度を向上することに重点が置かれている（図1）。

　ハイブリッド車用セルの仕様は、公称電圧が2.5V、サイズが約62mm×95mm×14mm、重量が156gで、標準セルとほぼ変わらない。しかし、出力密度は、標準セルの約4倍の3900W/kgと、ハイブリッド車に求められる3000W/kg以上という値をクリアした。一方、公称容量は3.3Ah、エネルギー密度は53Wh/kg程度となっている。

　このハイブリッド車用セルで、市販のハイブリッド車のニッケル水素電池パックを置き換えた場合の性能について実験を行うために、東芝は電池パックの試作を行った。置き換え前のニッケル水素電池を用いた電池パックは、公称電圧が225Vである。そこで、試作した電池パックでは、ハイブリッド車用のSCiB電池セルを90個直列で接続することにより、225Vの公称電圧を実現した。電池パックのサイズ240mm×570mm×150mmで、重量は19kgとなった。これらの数字は、置き換え前の電池パックに比べて容積、重量とも約1/2となっている。さらに、出力密度は2.5倍以上の1500W/kg、有効エネルギー密度は5倍以上の約28Wh/kgまで向上した。

　一方、電気自動車用セルの公称容量は20Ah、そして電気自動車で高い性能が求められるエネルギー密度は標準セル比で約1.5倍となる約100Wh/kgを達成している。公称電圧がハイブリッド車用セルと同じ2.5Vであるとすれば、セルの重量は約500gになると見られる。また、出力密度については、標準セルと同じ1000W/kg以上を維持した。さらに、エネルギー密度を150Wh/kgまで向上した電池セルも開発中である。

安全性能が最大の特徴

　既存のLiイオン電池は、負極材料としてハードカーボンやグラファイトなどの炭素系材料を使用している。それに対し、SCiBは、負極材料にLTOを採用している。LTOは酸化物であるため、炭素系材料とは異なり、熱的に安定で、自身が燃えることがない。

　また、電池内部で正極と負極が内部短絡した場合、負極材料が炭素系材料であると、内部短絡を起こした個所で急激な放電が起こって発熱し、最終的にはセルの発火、発煙、破裂などが起こり得る。それに対し、負極材料がLTOである場合には、内部短絡を起こした部分の表層が高抵抗化するため、急激な放電が起こらず、セルの破裂なども生じない。

　さらに、負極材料をLTOにすることで、負極上におけるLi金属の析出をほぼ抑えることが可能である。Li金属の析出は、高電圧での充電や低温環境での充電を行った際、負極電位が0Vを下回ると発生する。炭素系材料は、対Liイオンの電極電位が0.1V以下と低いため、容易に0Vを下回ってしまう。このLi金属の析出が、既存のLiイオン電池の安全性や寿命に影響を与えている。一方、LTOは、電極電位が1.55Vと高く、高電圧での充電や低温環境での充電といった厳しい条件でも、負極電位がLi金属が析出する0Vに到達することはほぼない。

写真1　東芝の本多啓三氏
写真1　東芝の本多啓三氏
　東芝の電力流通・産業システム社で二次電池システム技師長を務める本多啓三氏（写真1）は、「この圧倒的な安全性能が、急速充電性能、長寿命性能、－30℃の低温環境下でも充放電が可能という特徴を実現した原動力になっている」と語る。同氏によれば、LTOの安全性能により実現できる大きな特徴がもう1つあるという。それは「電池の容量をどこまで有効に利用できているかの指標となるSOC（State of Charge：充電状態）を幅広くとれること」（本多氏）である。

　既存のLiイオン電池は、Li金属の析出を避けるために、SOCを40～60％程度にとどめている。これに対してSCiBは、SOCが20～80％でも安全に利用できる。これにより、既存のLiイオン電池よりSCiBの公称容量が低いとしても、実効容量はほぼ変わらない。また、既存のLiイオン電池は、長期間使用すると負極上にLi金属が析出してくるため、SOCをさらに狭めることが必要になる。一方、SCiBは、Li金属の析出がほぼ起こらないためSOCを狭める必要はない。つまり、当初の実効容量を維持できるわけだ。

2次利用によるコスト削減

　車載用Liイオン電池にはさまざまな課題がある。その中でも、価格の低減こそが最大の課題だという意見は多い。本多氏は、これに対して、「もし、量産規模を何倍かに拡大したとしても、20～30％程度のコスト削減効果しか得られない。しかし、車載用Liイオン電池に求められているのは、1/2、1/3というレベルのコスト削減だ。そこで、SCiBの長寿命性能が生かした仕組みによるコスト削減を検討している」と述べる。

図2　電気自動車用SCiBの2次利用（提供：東芝）
図2　電気自動車用SCiBの2次利用（提供：東芝）
　SCiBの長寿命性能は、6000サイクルの充放電後も90％の容量を維持するというものだ。そして、6000サイクル以上使用しても、維持容量が少しずつ落ちていくだけで使用できないわけではない。そこで、高い性能が要求される車載用途を1次利用とすれば、6000サイクル使用した後に、車載ほど要求性能が厳しくない家庭用蓄電池などとして2次利用することが可能だというのである（図2）。

　「大量のLiイオン電池を搭載する電気自動車の価格は、その半分以上がLiイオン電池関連のコストで占められている。この電気自動車に搭載するLiイオン電池の2次利用が可能になれば、Liイオン電池を残価設定付きリースにすることで、電気自動車の購入価格を大幅に低減することができる。そして、この仕組みを実現できるのは今のところSCiBだけだと考えている」（本多氏）という。

（朴 尚洙）
この記事を : 印刷する 印刷 メールで送る メールで送る ブックマーク はてなブックマークに登録 この記事をクリップ Buzzurlにブックマーク Yahoo!ブックマークに登録 この記事が掲載されている雑誌

この記事のキーワードタグ

  • 関連するニュース
  • 関連する解説記事

関連情報

Supplier Showcase

製品情報

  • プラスチック ルーバー

    工作機械用 プラスティック ルーバー○仕様　寸法：203X203 t20　重量：約210g　カラー：…

  • ワールドワイド式 蛍光灯器

    -製品コンセプト-・国内外のどちらの蛍光管も使用を可能とする。・周波数の切替を不要とする。・省エネ・…

[ PR ]

Special Contents[ PR ]

最新ニュース

RESOURCE CENTER[ PR ]

powered by Supplier Showcase
  • ZeBu-Personal エミュレータ

    革新的な検証アプローチEVEは、従来のエミュレータとラピッドプロトタイピングの長所を併せ持つ、まったく新しいハードウェア活用型検証手法を開発し、それを一枚のボー…［日本イヴ］


  • AHB Master Transactor

    システムレベル・仮想プラットフォームを手早く構築するためのトランザクタからなる仮想コンポーネント・ライブラリをご紹介します。ZeBuの仮想プラットフォームは、M…［日本イヴ］


キーワードタグ

キーワードタグ一覧を見る