◎ 脱Co;FLP正極 → 比容量200 → 小形EV　結構行ける
◎ Co0.1;NMC811 → 比容量300 → EV値上　EVインフレ
◎ サプライ;PVDFバインダー&NMP → コストUP → 代替探索、サプライ

・ 最大の懸念は、過去を曳づった、生産性の低い電池製造プロセスの重荷
・ VWなど自動車メーカーの電池内製化、電池をめぐる米中対立と韓国メーカー
・ トヨタのEVへの本格参入とトヨタ+パナの電池戦略の進行
・ 日産グループの軽自動車EVの性能と拡大
・ 姿の見えないGMとFORDのEV、2030年は8年後…

　本書は今年前半に出版した、EV関する成書「EV、PHEV、HEVと燃料電池車の環境・走行性能分析」と「EV用リチウムイオン電池と原材料・部材のサプライチェーン」の部分改訂版にあたる(*注)。左記の二冊をそれぞれ改訂する方法もあったが、この数ヶ月で現れた変化は、材料>電池>EVの流れの中で、コストを軸とした、極めて選択制の強い変化である。
　ここ数ヶ月の世界の状況は、ウクライナ情勢に端を発した欧州のエネルギー危機、更なる米中のデカップリングと、それに対する日本と欧米の経済安全保障などのリアクションである。
　本書は技術書であり、上記の動向に関して、数値データの集約や試算に基づいて答えを出して行く立場にある。一例として、正極材に安価な鉄リン酸リチウムLFP材が採用され、電池の比容量Wh/Kgが決まり、搭載したEVの走行距離km/kWhがほぼ決まる。コバルトとニッケルフリーのLFPは、正極材としての評価はAh/Kgと出力電圧V、Wh=Ah×V、即ち比容量Wh/(Kg電池)が、EVの走行距離を決める。この間の数値による比較は、コスト設定以外は比較的単純である。
　コバルトフリーでは済まないから、限界までCoを減らしたハイニッケル三元系の、NMCxyz、NMC622やNMC811でやって来たことと、上記のLFPとの関係はどうなのか。置き換えなのか、棲み分けなのか。EVも日産自動車や三菱自動車の“軽乗用EV”が、究極のエコカーとして登場した。これまで売れた大型のSUVタイプEVとはどの様な位置関係になろうか。
　本書は新しいデータソースを、この4,5ヶ月に限って、上記の諸仮題に一定の回答を与えるものである。これが更に数年先の状況を、的確に示すか否かは、甚だ不確定である。あるいはそれより先に、現在進行中の、2030,35年を目処とした、内燃機関車の廃止それ自体が、EV充電電力の“石炭回帰”によって、EVが“石炭自動車”になる可能性もあろう。それ以上に、1,000GWhを大きく超える、大量のリチウムイオン電池が、サプライ・チェーンの目詰まりで頓挫する可能性も高い。
　正極材の化学組成や、二次電池工学的な解析には、可能な限り正確を期したが、試算の為の仮定を置いた部分もあり、詳細は技術の秘密の立場からご容赦を願いたい。本書で取り上げた種々の課題が、筆者の思い過ごしや、杞憂であってくれることを望みたい。　(菅原 秀一)

*注:本書は、「EV、PHEV、HEVと燃料電池車の環境・走行性能分析」、「EV用リチウムイオン電池と原材料・部材のサプライチェーン」掲載内容一部の更新と、両書籍に無い新しい項目・データ・考察を追加したものです。書籍それぞれで掲載項目が異なりますので、詳細は各HPでご確認ください。

前編(原材料)　原材料とサプライ・チェーン
　　
第1章　正極材の選定と電池性能
1.1　コバルトフリー正極材とLFPの選択
1.1(A)　正極材の新規計画一覧とLFPの基本特性
1.1.1　正極材の参入企業と動向、2Q/2022
1.1.2　最近のコバルトフリー正極材の動向、2Q/2022
1.1.3　コバルトフリー正極材の比較(データ)
1.1.4　コバルトフリー正極材の比較(Ah)
1.1.5　コバルトフリー正極材の比較(Wh)
1.1.6　正極材のAh容量(単元、二・三元系)
1.1(B)　LFP正極材の基礎特性
1.1.7　鉄リン酸リチウム正極セル特性(1)容量とCレート
1.1.8　鉄リン酸リチウム正極セル特性(2)サイクル
1.1.9　正極材の粒径と比表面積とモルフォロジー
1.1.10　LFPの改良モルフォロジー
1.1(C)　LFP正極電池の事例と傾向
1.1.11　LFP正極のリチウムイオン電池、製品例
1.1.12　エリーパワー(株)の角槽型LFP正極電池
1.1.13　SAFT社のVL25Fe　Cell
1.1.14　BYD社のLFP正極材電池とバス
1.1.15　中国におけるLFP正極材の生産、GGII
1.1.16　正極材の選択、中国電動自動車　2019/4月
1.2　正極材の容量、Ah/KgとWh/Kg
1.2(A)　正極材の化学組成と放電容量
1.2.1　正極材の化学式、式量と(Li Kg/Ah)データ
1.2.2　正極材のLi Kg/kWh比較(1C容量)データ
1.2.3　正極材のkWh放電容量あたり重量Kg
1.2(B)　正極材のリチウム所用量の比較
1.2.4　正極材のkWh放電容量あたり重量Kg
1.2.5　正極材のLi Kg/Wh比較
1.2.6　正極材ごとのリチウムLiの所用量、1,000GWhレベル
1.2.7　正極材ごとのLi Kg/Ah比較(0.2C容量)
1.3　電池の比容量Wh/KgとEVのタイプ
1.3(A)　電池製品の比容量レベル、2019
1.3.1　電池のタイプと比容量、2017時点の事例
1.3.2　最近の単電池製品の比容量(1)、2018-2019
1.3.3　最近の単電池製品の比容量(2)、2018-2019
1.3.4　最近の単電池製品の比容量(データ)、2018-2019
1.3(B)　EV用電池の比容量レベルと搭載重量、2Q/2022
1.3.5　LFP系およびNMC系の製品電池、比容量Wh/Kg
1.3.6　電池の比容量とEV搭載電池重量Kg、グラフ
1.3.7　電池の比容量とEV搭載電池重量Kg、試算データ
1.3.8　セルのモジュール化に伴う比容量の低下(モデル)
1.3(C)　各社の製品電池とEVシステムの事例
1.3.9　エンビジョンAESC社の電池、比容量Wh/kg
1.3.10　角槽型セルの事例(1)、リチウムエナジー社
1.3.11　角槽型セルの事例(2)、ブルーエナジー社
1.3.12　BAIC(北京汽車)EVの電池システム
1.3.13　(参考)製品単電池の比容量、2017年段階
1.3.14　EV用正極材の実用例と変遷
1.3.15　日産自動車のEV電池技術、同社HPから引用
　　
第2章　リチウム資源を中心とする材料のサプライ・チェーン
2.1　世界のリチウム資源開発の動向
2.1(A)　リチウムソース、供給計画と技術開発
2.1.1　リチウムの新規供給計画、2021～1Q/2022
2.1.2　新規なリチウム分離・回収技術開発、2021～
2.1.3　“都市鉱山”のリチウム資源ソース、(g/L)濃度比較
2.1.4　“都市鉱山”　廃電池処理プロセス　計算過程
2.1(B)　電池総量GWhに対するLi、Co、Ni所要量
2.1.5　電池総量GWhに対するLi、Co、Ni所要量(データ)、NMC622
2.1.6　電池総量GWhに対するLi、Co、Ni所要量、NMC622
2.1.7　電池GWhあたりの元素資源量、算出過程と係数
2.1(C)　リチウム化合物とリチウム元素
2.1.8　リチウム化合物の重量比(1)(グラフ右)
2.1.9　リチウム化合物の重量比(2)(表の最下部)
2.2　リチウムのリサイクル技術の進展
2.2(A)　リチウムの分布と移動方法
2.2.1　充電、放電と中間における正・負極の化学組成
2.2.2　廃電池無害化処理(1)塩水浸漬による放電
2.2.3　廃電池無害化処理(2)水の電気分解
2.2.4　過放電によるセルのガス膨張と電極層の剥離
2.2(B)　電解液(質)部分のリチウムの分布
2.2.5　(参考1)液系セルにおける電極構成と電解質溶液1.2Mの分布
2.2.6　(参考2)電解質溶液の分布(g)
2.2(C)　最近の分離技術の進歩
2.2.7　有価元素の回収方法JX金属(株)特許公開　1
2.2.8　有価元素の回収方法JX金属(株)特許公開　2
2.2(D)　液相化学処理による有価元素回収の提案
2.2.9　廃リチウムイオン電池正極層の処理例(1)
2.2.10　廃リチウムイオン電池正極層の処理例(2)
2.2(E)　分離・回収系の理化学
2.2.11　炭酸リチウム及び関連物質の溶解度(水25℃)
2.2.12　リチウム及び関連物質の溶解度(水25℃)
2.3　元素資源リサイクルの範囲と境界
2.3(A)　(基礎となる計算)リチウム、有価元素と電池自体
2.3.1　リサイクルの対象、リチウムと有価元素
2.3.2　GWhあたりの電池重量(1,000kg/GWh)
2.3(B)　電池のGWhスケールと元素資源のマス
2.3.3　電池GWhあたりの元素資源量、NMC三元系正極材
2.3.4　電池GWhあたりの元素資源量、算出過程と係数
2.3.5　電池総量GWhに対するLi、Co、Ni所要量、NMC622
2.3(C)　合理的な規制か、規制の為の規制か
2.3.6　EU電池規制の概要
2.3.7　(まとめ)EV等の廃電池の処理と資源リサイクル
　　
中編(電池)　電池の増産計画とコストダウン
　　
第3章　世界の電池増産計画、2Q/2022
3.1　日本、中国と韓国の2026年までの計画
3.1(A)　大手電池メーカー9社の計画
3.1.1　日本、中国と韓国の電池GWh総数の見通し(1)、大手9社
3.1.2　日本、中国と韓国の電池GWh総数の見通し(2)、大手9社
3.1(B)　韓国メーカーの実績
3.1.3　韓国電池3社、1Q/2022営業実績(グラフ)
3.1.4　韓国電池3社、1Q/2022営業実績(データ)
3.1.5　韓国電池3社、生産GWh数推定と推論
3.1(C)　自動車メーカーとLGES社の電池供給
3.1.6　韓国LGES社の電池製造の合弁事業～2025
3.1.7　韓国LGES社の電池製造の合弁事業～2025
3.2　自動車メーカーの電池内製化とその後
3.2(A)　内製化計画の一覧
3.2.1　大手自動車メーカーの電池SC戦略(1)
3.2.2　自動車メーカーの電池SC戦略(2)、内製化
3.2.3　自動車メーカーの電池SC戦略(3)、内製化追補　2Q/2022
3.2(B)　内製と外製のメリット/デメリット
3.2.4　電池メーカーとEVメーカーの関係(1)
3.2.5　電池メーカーとEVメーカーの関係(2)
3.2(C)　日本のメーカーの計画の進展
3.2.6　日本の自動車メーカーの電池生産計画(1)GWh
3.2.7　日本の自動車メーカーの電池生産計画(2)GWh想定
3.2.8　日本の自動車メーカーの電池生産計画(3)投資額
3.2.9　日本の自動車メーカーの電池生産計画(4)投資額想定
　　
第4章　最近のEV生産・販売台数と電池総量GWh
4.1　2030/35段階における総GWh推計
4.1(A)　各国、各社の電動化率の計画
4.1.1　自動車の脱炭素プラン、2021情報
4.1.2　2022日本の電動自動車、HEV48%
4.1.3　自動車各社のEV化率、IEAデータ
4.1.4　米国の自動車生産とzEV化率(JETRO)
4.1.5　米国zEV化の経時目標　2022
4.1(B)　電動化の母集団の推定と50%、100%段階の数量
4.1.6　直近12ヶ月の自動車販売台数(上位20社)
4.1.7　2022(上期)EV販売台数(上位10社)
4.1.8　2035年までのEV台数推移(予測)
4.1.9　2035年までのEV電池推移(予測)
4.1.10　2035年までのEVとEV電池推移(計算過程)
4.1(C)　参考資料、国別の数量推定
4.1.11　(参考1)EV台数の母集団推定(万台/年)、2030/2035
4.1.12　EV台数と所要電池GWh、2030/2035
4.1.13　EVの台数と所要電池総数GWh
4.2　正極材の総重量と検証
4.2.1　正極材NMC811と電池の重量(EV1台)
4.2.2　正極材と電池の重量(EV1台)
4.2.3　正極材のKg/kWh比較(1C容量)データ
4.2.4　120Ah、74Whセルの材料、部材の構成　重量%
　　
第5章　リチウムイオン電池のコストレベル
5.1　正極材の相対コストと選択
5.1(A)　比較の前提となる理化学特性と放電特性
5.1.1　正極材(単元、多元)の組成表記方法
5.1.2　正極材のAh容量(単元、二・三元系)の基礎データ
5.1.3　正極材の理論容量と実用容量
5.1.4　二元系正極材製品の特性事例
5.1.5　三元系正極材製品の特性事例
5.1(B)　コバルト含有量を指標とする正極材の相対コスト
5.1.6　正極材のAh容量(単元、二・三元系)、Co%順
5.1.7　正極材のAh容量(単元、二・三元系)、Ni%順
5.1.8　コバルトフリー正極材の比較(データ)
5.1.9　NMC三元の素原料コストパターン(グラフ2)
5.1(C)　IEAほかの資料による電池コストデータの紹介
5.1.10　EV用LNOおよびNMCxyzの相対コスト　JM社
5.1.11　正極材別の電池コスト(1)、IEA(2019)
5.1.12　正極材別の電池コスト(2)、IEA(2019)
5.1.13　正極材別の電池材料コスト(3)、IEA(2019)
5.1.14　正極材別の電池コスト、IEA(2019)データ
5.1.15　(参考)日本国内リチウムイオン電池生産と単価(車載)
5.1(D)　まとめ
5.1.16　電池生産スケールとコスト、生産性(模式図)
5.2　原材料費の高騰と収束
5.2.1　価格が高騰している電池原材料、2021～
5.2.2　中国市場におけるNMP溶剤の価格(GGII)
5.2.3　中国市場における正極材の価格動向(GGII)
　　
第6章　製造プロセスも含めたコストダウン
6.1　電極バインダーの課題とPVDF
6.1(A)　PVDFバインダーとNMP溶剤の所要量
6.1.1　正極材の選択と電極バインダーの選定
6.1.2　正極のバインダーとNMPの使用量、NMC811
6.1.3　正極のバインダーとNMPの使用量、LFP
6.1.4　正極のバインダーとNMPの使用量(計算)
6.1(B)　原料(モノマーVDF)のサプライ・チェーン
6.1.5　ポリフッ化ビニリデンの原料(モノマー)のサプライ・チェーン
6.1.6　PVDFメーカーの製品と増産計画
6.1.7　HUAN華安社製PVDFの特性(引用)
6.1.8　溶剤NMPの合成ルート
6.2　水系塗工とドライプロセスへの可能性
6.2(A)　電池製造におけるバインダー、水系と非水系
6.2.1　電極板の塗工、水系と非水系
6.2.2　高容量系正極材の特性と塗工性
6.2.3　リチウムイオン電池の製造全工程
6.2.4　製造設備と工程費(大型セルの製造)
6.2.5　リチウムイオン電池生産の分業
6.2(B)　バインダーと媒体の問題
6.2.6　バインダーポリマーと媒体(1)水系と有機系
6.2.7　バインダーポリマーと媒体(2)コスト
6.2.8　電池の製造工程と水分レベル(1)電解液系
6.2.9　電池の製造工程と水分レベル(2)全固体電池
6.2.10　究極は、バインダーは要らない!
6.2(C)　電極塗工とバインダー系
6.2.11　バインダーの樹脂濃度と粘度の関係(活物質などの混合前の粘度)
6.2.12　SBR共重合体の構造および添加成分
6.2.13　バインダー用ポリマーラテックスの配合例
6.2(D)　ドライプロセスの可能性
6.2.14　電極板の塗工>乾燥における相対効率モデル
6.2.15　原子層形成ALDテクノロジー
6.2.16　ALDプロセスのリチウムイオン電池への応用
　　
後編(EV)　EVの走行&環境性能と充電電力の課題
　　
第7章　国産EV2022の性能レベル
7.1　航続距離と交流電力消費率
7.1(A)　一充電走行距離と交流電力消費率
7.1.1　国産EVの性能(1)　2022
7.1.2　国産EVの性能(2)　2022
7.1.3　国産EVの性能(データ)　2Q/2022
7.1(B)　電池容量と走行距離、パラメーター(Km/kWh)
7.1.4　EVの電池容量と走行距離　WLTC
7.1.5　EVの電池容量と走行距離　高速換算WLTC
7.1(C)　交流電力消費率、EVとPHEV(EVモード)
7.1.6　EVとPHEV(EV)の電力消費率ほか、2022国産車
7.1.7　EVとPHEV(EV)の電力消費率ほか(データ)
7.1(D)　参考　(旧)JC08モードデータによる解析
7.1.8　EV、PHEVの電池容量と(旧)JC08走行距離(1)　2017-18
7.1.9　EV、PHEVの電池容量と(旧)JC08走行距離(2)　2017-18
7.1.10　WLTCとJC08の相間
7.2　2022国産EVの主要諸元

第8章　EVの充電電力と“電費”の現状
8.1　EV充電電力、走行時のCO2負荷と環境
8.1(A)　EV充電電力のCO2負荷と環境
8.1.1　各国の発電電力のCO2負荷(発電端の値)
8.1.2　主な国産EVのCO2発生量、計算の過程
8.1.3　主な国産EVのCO2発生量(充電電力経由)
8.1.4　gCO2/km(WLTC)、化石燃料+充電電力(2019)
8.1.5　gCO2/km(WLTC)、化石燃料+充電電力(2030)
8.1(B)　脱炭素効果におけるEV、PHEVとHEVの比較
8.1.6　EVの脱炭素効果、HEVとの比較　2019-2031
8.1.7　EVとPHEV(EV)の走行時CO2発生試算(1 リニアグラフ)
8.1.8　EVとPHEV(EV)の走行時CO2発生試算(2 指数グラフ)
8.1.9　EVとPHEV(EV)の走行時CO2発生試算(3 データ)
8.1(C)　ドイツVW社によるEVのCO2発生の試算
8.1.10　EV走行時のCO2発生量の試算、2019ドイツVW社
8.1.11　EV走行時のCO2発生量の試算(データ)、2019ドイツVW社
8.2　EV充電電力の現状(日本2022)
8.2(A)　EV普通充電の電気料金試算
8.2.1　EV普通充電の電気料金試算(グラフと換算)　2022東京
8.2.2　EV普通充電の電気料金試算(データ1)　2022東京
8.2.3　EV普通充電の電気料金試算(データ2)　2022東京
8.2(B)　電気料金とEV充電費用
8.2.4　電気料金とEV充電費用の試算、東京電力
8.2.5　電気料金とEV充電費用の試算、東北電力
8.2.6　安価な夜間電力契約(旧)、現在は新規契約不可
8.3　EV充電の総電力とマグニチュード
8.3(A)　国内の乗用車(母集団)の把握とEVへの入換
8.3.1　乗用車国内販売台数(グラフ)、～2020
8.3.2　乗用車国内販売台数(データ)、～2020
8.3.3　EVへの入れ換えモデル(グラフ)、2030/35国内
8.3.4　EVへの入れ換えモデル(データ)、2030/35国内
8.3(B)　日本国内の試算、累積台数と充電電力
8.3.5　国内のEVシフトと累積台数、～2035
8.3.6　結果:EVの充電所要電力(日本)、対累積EV万台
8.3.7　過去の生産・販売EVの累計台数、集計の方法
8.3.8　EVの充電所要電力の計算、対累積EV万台
8.3.9　2022年5月ポイントの国内の電動自動車
8.3.10　日本の発電電力、10,000億kWh
8.3(C)　世界の試算、累積台数と充電電力、まとめ
8.3.11　結果:世界のEV、累積台数と電力消費
8.3.12　世界のEV、累積台数と電力消費の計算
8.3.13　(まとめ)EVの充電電力不足、欧州、米国、中国と日本
8.3.14　(資料)国内新車登録台数、自販連データ
8.3.15　乗用車の国内販売(日本自動車工業会)、車種別台数
　　
終章(まとめ)
まとめ1　正・負極材、電池とEVの拡大と集約
まとめ2　全ての道は脱炭素へ
　　
著者執筆参考資料一覧
　　
著 者 紹 介

Book title
Expansion of Lithium-ion Batteries ,Cost down and Supply of Cathode Materials
～ Choices and constraints in connection with EV ～

Introduction
This book is a revised version of the book on EV (1) and the book on the supply chain of materials for lithium-ion batteries (2) published earlier this year. There was a way to revise each of the two books on the left, but the changes that have emerged over the past few months are extremely selective changes centered on cost in the trend of EV>battery>cathode materials.
The global situation in the last few months has been the European energy crisis triggered by the situation in Ukraine, the further decoupling of the United States and China, and the reaction of Japan, Europe, and the United States to economic security issues. Although China is not directly involved in the above changes, Chinese manufacturers are ahead of the rest in terms of speed of action on EV and battery issues. BYD of China was the first company to release a battery with LFP cathode material and an EV equipped with it.
This book is a technical book, and we are in a position to provide answers to the above trends based on aggregation of numerical data and trial calculations. As an example, an inexpensive lithium iron phosphate LFP material is used as the positive electrode material, which determines the specific capacity Wh/Kg of the battery, and almost determines the traveling distance km/kWh of the EV equipped with it. Cobalt- and nickel-free LFPs are rated as positive electrode materials by Ah/Kg and output voltage V, Wh=Ah×V, that is, specific capacity Wh/(Kg battery), determines the travel distance of an EV. Numerical comparisons between them are relatively straightforward, except for the cost setting.
Cobalt free is not enough, so what is the relationship between the high nickel ternary system NMCxyz, NMC622 and NMC811 with reduced Co to the limit and the above LFP? Is it replacement or segregation? As for EVs, Nissan and Mitsubishi’s “light passenger EVs” have emerged as the ultimate eco-cars. Are the large SUV-type EVs that have been sold so far a waste of existence?
This book presents a new data source, limited to the last few months, to provide definite answers to the above hypothetical questions. It is very uncertain whether this is an accurate indication of the situation in the next few years. Or even earlier than that, the abolition of internal combustion locomotives itself, which is currently underway by 2030 and 2035, may turn EVs into “coal vehicles” due to the “return to coal” of EV charging power. be. Moreover, it is highly likely that a large amount of lithium-ion batteries, well over 1,000 GWh, will come to a standstill due to supply chain clogging.
I tried to be as accurate as possible in the chemical composition of the positive electrode material and the secondary battery engineering analysis, but some assumptions were made for trial calculations. I would like to hope that the various issues raised in this book will prove to be unfounded concerns of the author.

Survey and writing by Shuichi Sugawara
Planning and Editing S&T Publishing Inc.

Pulishing date 17th Oct 2022

Table of Contents (Chapter 1 ~ Chapter 8)
Part 1 (Materials) Raw materials and supply chain
Chapter 1 Selection of Cathode Materials and Battery Performance
1.1 Selection of cobalt-free cathode material and LFP
1.2 Capacity of positive electrode material, Ah/kg and Wh/kg
1.3 Battery specific capacity Wh/kg and type of EVs
Chapter 2 Supply Chain of Materials Centered on Lithium Resources
2.1 Trends in global lithium resource development
2.2 Advances in lithium recycling technology
2.3 Scope and boundaries of element resource recycling

Part 2 (Battery&Cost) Battery production increase plan and cost reduction
Chapter 3 Global battery production increase plan, 2Q/2022
3.1 Japan, China and South Korea’s plans until 2026
3.2 In-house production of batteries by automakers and afterward
Chapter 4 Recent EV production/sales volume and total GWh
4.1 Estimated total GWh in the 2030/35 stage
4.2 Trial calculation and verification of the total amount of positive electrode material
Chapter 5 Cost level of lithium-ion batteries
5.1 Relative cost and selection of cathode materials
5.2 Soaring raw material costs and convergence
Chapter 6 Cost reduction including manufacturing process
6.1 Problems with electrode binders and PVDF
6.2 Potential for water-based coating and dry process

Part 3 (EV&Power) EV driving & environmental performance and charging power issues
Chapter 7 Performance level of domestically produced EV2022
7.1 Cruising distance and AC power consumption rate
7.2 EV main specification table (basic data)
Chapter 8 Current status of EV charging power and “electricity cost”
8.1 CO2 load of EV charging power and environmentals
8.2 Current status of EV charging electricity charges (Japan 2022)
8.3 Total power and magnitude of EV charging

Final Chapter (Summary)
All Roads Lead to Decarbonization (CN)
CN will not built in a day