EU新電池規制がセル・トゥ・パック／ボディに与える影響

電気自動車（EV）用バッテリーの持続可能性、設計、回収は、バッテリー市場を管理するEUの新規制の承認により、大きく見直されることになるでしょう。2023年6月、欧州議会において「バッテリーパスポート」や特定物質の回収など、バッテリーの要件を定めた新たな規制が承認されました。近年、EV市場はセル・トゥー・ボディ設計やセル・トゥー・シャシー設計など、分解や車両からの取り外しがより困難な設計が採用され、システムの一体化を強化する流れにあります。新規制の導入により、この流れは変わるのでしょうか？

 

新しいEU規制は、採掘された材料から使用後のリサイクルまで、電池のライフサイクル全体を対象としています。初期製造の影響を軽減するため、電池のリサイクル含有量を増やすことが要求されるだけでなく、廃電池から回収しなければならないリチウム（2027年までに50％、2031年までに80％）、コバルト、銅、鉛、ニッケル（2027年までに90％、2031年までに95％）の量の目標も定められています。IDTechExのリチウムイオン電池リサイクル市場 の調査によると、2043年には2,380万トンのリチウムイオン電池がリサイクルされるでしょう。バッテリーを車両から簡単に取り外し、部品に分解できるようにすることは、長期的にはリサイクル業者の助けになる可能性があります。

 

セル・トゥー・パックのバッテリーは、バッテリーパックが複数のモジュールに分割されないように設計されています。代わりに、すべてのセルを直接積層することで不要な材料や重量の削減、エネルギー密度の向上、製造の簡素化、コストの削減を図っています。IDTechExの調査によると、平均的なセル・トゥー・パックのバッテリーでは、セル対パックの重量比（パックの重量のうちセルが占める割合）が20%増加しています。セル・トゥー・ボディやセル・トゥー・シャシーはこれをさらに一歩進めたものです。バッテリーパックを車体構造に組み込み、一体化の強化と車両全体の軽量化を実現します。市場は一体化の流れになっており、BYDなどのメーカーはすでにセル・トゥー・パックのシステムを数多く採用しています。また、セル・トゥー・シャシー設計についても、テスラのバッテリーパック「4680」のように、一般的になりつつあります。

 

 

パック内の総部品点数が少ないため、セル・トゥー・パック設計の方がセルレベルまで分解しやすいと考える人もいるかもしれません。しかし、セル・トゥー・パック設計の方が、一般的に構造用接着剤や封止用発泡体を多用するため、パックの分解が極めて困難になることが多いのです。また、故障の際はバッテリーパックごと交換することになるでしょう。セルの損傷を最小限に抑えて、接着剤や封止材を溶剤で溶かすことができれば、リサイクルは非常に容易になり、材料サプライヤーにとっては有効な差別化手段となる可能性があります。セル・トゥー・シャシーは、車両からのパックの取り外しがより難しく、一層リサイクルがしにくい構造です。

 

バッテリー設計者が注目すべき点は、EUの規制では、バッテリーパックの内部構造（モジュール構造、セルセパレータ、接着剤など）については何も規定がないことです。リサイクル方法の1つはバッテリーを粉砕することです。粉砕したバッテリーをふるいにかけ、大きな粒子と小さな粒子に分離します。小さな粒子には有用な電極材料が含まれています。ブラックマスを湿式製錬を用いてさらに分離し、リチウム、コバルト、ニッケルなどを電池グレードの金属塩として回収します。理想的には、この工程はセルだけから開始し、その結果得られる黒い塊の重要金属の割合が高くなるようにすることです。モジュールやパックのまま粉砕機に投入しているところもあります。その場合、寿命末期にはバッテリーの設計の意味がほとんどなくなり、設計者はバッテリーパックのより低コストで製造が容易という短期的な利益を得ることができます。しかし、このリサイクル方法は、抽出の後半のプロセスがより困難になります。

 

リサイクルだけでなく、EVバッテリーを定置用エネルギー貯蔵などのセカンドライフ・アプリケーションに利用する機会もあります。 IDTechExのEV用セカンドライフバッテリーに関するレポート によると、その市場は2033年までに70億米ドルに達するでしょう。これは、短期的にバッテリーをリサイクルする必要性を回避するもので、現在、ほとんどのセカンドライフ・バッテリーメーカーは、複雑でタイムリーなセルレベルへの分解手順を回避するため、パックレベルでバッテリーを統合することを選択しています。それでも車両からパックを取り外す必要はあります。パックが車両の構造部分を形成している場合、分解時間が長くなり、セカンドライフの再利用はより高価なプロセスとなるでしょう。しかし、再製造業者が仮にセルレベルまで分解し、二次電池の中で最も性能の良いセルを利用する場合、セル対パック設計（セル対シャシーではない）は分解時間を短縮し、再製造コストを削減することができます。

 

まとめると、セル・ツー・パック設計がなくなることはないでしょう。どちらかといえば、製造コストの削減とエネルギー密度の向上により、車両への統合が進む傾向が続くでしょう。EVバッテリーパックは一般的に、多くの人が当初予想していたよりも長持ちしているが、将来、より多くのEVパックが寿命を迎え始めると、高度に統合されたバッテリーパックを大量にリサイクルすることの難しさと労力が明らかになり、設計者は将来に向けて、特に重要な材料の回収目標が厳しくなるにつれて、より慎重に検討する必要が出てくるかもしれません。

 

IDTechExは、セル・トゥー・パックやセル・トゥー・シャシーによる様々な材料へ影響（防火材料、熱管理）を調査してきました。 IDTechExの調査レポート『電気自動車向けバッテリーセル＆パック用材料 2023-2033年』は、導入・発表されたセル・ツー・パックとセル・ツー・ボディの設計をカバーするとともに、これがスチール、アルミニウム、銅、複合材料、熱界面材料、防火材料、電気絶縁、コールドプレート、冷却水ホースなど、様々な材料や部品の強度にどのような影響を与えるかについても取り上げている。また、リチウム、コバルト、ニッケル、マンガン、電解液、鉄、リン、バインダー、ケーシング、カーボンブラック、シリコン、セパレーターなど、セルに使用される材料についても深く掘り下げています。これらの材料については、2023年から2033年までの需要予測とともに論じています。

 

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