二次電池

充電と放電を繰り返すことができる再利用可能な電池であり、電気自動車・ESS・IT機器の中核部品にして次世代産業の基盤技術

二次電池

概要

二次電池（Secondary Battery）とは、化学エネルギーを電気エネルギーに変換して使用した後、外部電源によって再び充電し、繰り返し使用できる電池を指す。一度使用すると再充電が不可能な一次電池とは区別され、電気自動車（EV）やエネルギー貯蔵装置（ESS）、スマートフォン・ノートパソコンなどIT機器の心臓部として用いられる。とりわけリチウムイオン電池が商用化された1990年代以降、二次電池はカーボンニュートラルと電動化転換の核心的インフラとして位置づけられ、現在は国家戦略産業であり、代表的な先端製造技術分野であると評価されている。

主な内容

作動原理

二次電池は正極（Cathode）、負極（Anode）、電解質（Electrolyte）、セパレーター（Separator）の四つの核心要素で構成される。充電時には外部電源が正極から電子を引き出して負極へ移動させ、同時にリチウムイオンが電解質を通って負極へ移動し蓄えられる。放電時には逆方向に電子が外部回路を流れて電流を発生させ、リチウムイオンは正極へ戻る。すなわち「電子の流れ」と「イオンの移動」が同時に起こる電気化学的な可逆反応が二次電池の本質である。充電・放電を繰り返すほど電極素材が劣化して容量が減少し、これを寿命特性（Cycle Life）という。

主な種類

  • 鉛蓄電池：最も古い商用二次電池で、自動車の始動用・UPS用として使用される。安価だがエネルギー密度が低い。
  • ニッケル・カドミウム（Ni-Cd）：耐久性に優れるが、カドミウムの環境有害性という問題がある。
  • ニッケル水素（Ni-MH）：ハイブリッド自動車（HEV）に広く使われ、Ni-Cdよりも環境に優しい。
  • リチウムイオン（Li-ion）：現在の市場の主流。エネルギー密度と出力が高く、EV・モバイル機器に広範囲に使用される。
  • リン酸鉄リチウム（LFP）：熱的安定性と原価競争力に優れ、ESSや普及型EVで再び注目を集めている。
  • 全固体・ナトリウムイオンなど次世代電池：安全性と原価の問題を解決するための次世代技術として開発競争が進んでいる。

素材産業エコシステム

リチウムイオン電池の原価で最も大きな比重を占めるのは、いわゆる「4大核心素材」である。正極材は電池の容量と出力を左右し、ニッケル・コバルト・マンガン・アルミニウムなどの組み合わせによってNCM、NCAなどに分かれる。負極材は黒鉛が主流を成し、充放電速度と寿命に影響を与える。セパレーターは正極と負極の物理的接触を防いで短絡を防止し、電解液はリチウムイオンの移動通路の役割を果たす。近年はシリコン負極材、高ニッケル正極材、乾式電極工程など素材・工程の革新を通じた原価削減と性能向上が活発に進められている。

応用分野

最も大きな市場は断然電気自動車である。電池はEV原価の約30～40%を占める核心部品であり、完成車メーカーと電池企業の間の垂直系列化や合弁投資が活発に行われている。第二の軸はESSで、太陽光・風力など再生可能エネルギーの間欠性を補完する電力貯蔵装置として需要が急増している。このほかにもスマートフォン・ウェアラブル・ノートパソコンなどIT機器、電動工具、電気船舶、都市航空モビリティ（Urban Air Mobility）まで応用範囲は拡大し続けている。

最新動向

2024～2025年の二次電池産業は、「電動化キャズム（Chasm）」と呼ばれる一時的な需要停滞と中国発の供給過剰の中で、構造調整の局面を迎えた。リチウム・ニッケルなど原材料価格が下落するにつれて電池セル価格もともに下がり価格競争が激化し、中国のCATL・BYDなどがLFP電池を前面に押し出してグローバルシェアを拡大する一方、韓国の電池3社（LGエナジーソリューション・サムスンSDI・SKオン）は収益性の防御とポートフォリオの多角化に注力している。

技術面では、全固体電池の商用化準備が最大の話題である。硫化物系固体電解質を用いる全固体電池は火災リスクを大きく減らしエネルギー密度を高めることができるため、2027～2030年の量産を目標に国内外の企業と完成車メーカーがパイロットラインを構築している。また46ファイ円筒形電池、リン酸マンガン鉄リチウム（LMFP）電池、ナトリウムイオン電池など、原価と安全性を狙った多様なフォームファクター・化学系の開発が並行して進められている。さらにEU電池規則や米国のインフレ削減法（IRA）のAMPC・FEOC条項など供給網規制が強化されるにつれて、原料調達からリサイクルまでつながる「電池循環経済」と供給網の多角化が産業の核心的課題として浮上した。使用済み電池のリサイクル・再利用（Upcycling）市場も急速に成長している。

関連トピック

  • [[リチウムイオン電池]]
  • [[全固体電池]]
  • [[正極材]]
  • [[電気自動車]]
  • [[エネルギー貯蔵装置]]
  • [[電池リサイクル]]