EV用リチウムイオン電池のライフサイクル

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EV用リチウムイオン電池のライフサイクル

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/12/28 07:16 UTC 版)

「電気自動車用蓄電池」の記事における「EV用リチウムイオン電池のライフサイクル」の解説

リチウムイオン電池のライフサイクルには、大きく分けて「原料段階」「電池製造段階」「運用段階」「使用後の管理段階」の4つの段階があります。EV用電池のライフサイクル概略図に示すように、第1段階では、世界各地で希土類元素（レアアース）が採取される。前処理工場で精製された後、電池製造会社がこれらの材料を引き継ぎ、電池を生産してパックに組み立て始める。この電池パックは自動車メーカーに送られ、EVに搭載される。最後の段階で、もし管理がなされていなければ、電池に含まれる貴重な素材が無駄になる可能性がある。優れた使用済み製品の管理段階では、このループを閉じようとする。使用済みのバッテリーパックは、バッテリーの健全性（SOH）に応じて、定置用ストレージとして再利用されるか、リサイクルされる。 電池のライフサイクルは非常に長く、企業や国を超えた密接な協力が必要である。現在、原材料の段階と電池の製造・運用の段階は確立されていない。しかし、使用後の管理段階では、経済的な理由から、特にリサイクルプロセスの成長に苦労しています。例えば、オーストラリアでは、2017年から2018年にかけてリサイクルのために回収されたリチウムイオン電池はわずか6%であった。しかし、ループを閉じることは非常に重要である。将来的にニッケル、コバルト、リチウムの供給が逼迫すると予測されているからだけでなく、EV用バッテリーのリサイクルは環境面での利益を最大化できる可能性がある。Xuらは、持続可能な開発シナリオにおいて、リサイクルを実施しない場合、リチウム、コバルト、ニッケルは将来的に既知の埋蔵量に達するか、それを超えると予測している。CiezとWhitacreは、バッテリーのリサイクルを展開することで、採掘による温室効果ガス（GHG）の排出を一部回避できるとしている 。 EV用バッテリーのライフサイクルをより深く理解するためには、さまざまな段階での排出量を分析することが重要である。CiezとWhitacreは、NMCの円筒形セルを例にとり、米国の平均的な電力網の下で、原材料の前処理と電池の製造時に約9 kg CO2e kg battery−1が排出されることを明らかにした。その中でも最も大きな部分を占めるのが原料の前処理であり、排出量の50%以上を占める。NMCパウチセルを使用した場合、総排出量はほぼ10 kg CO2e kg battery−1に増加するが、材料の製造は依然として排出量の50%以上を占めている。使用済み製品の管理段階では、再生プロセスはライフサイクル排出量にほとんど追加されない。一方、CiezとWhitacreが示唆したように、リサイクルプロセスでは、かなりの量の温室効果ガスを排出する。電池リサイクルの排出量プロットaとcに示すように、リサイクルプロセスの排出量は、リサイクルプロセスの違い、化学物質の違い、形態の違いによって異なる。したがって、リサイクルしない場合に比べて回避できる正味の排出量も、これらの要因によって異なる。一見すると、プロットbとdに示されているように、パウチ型電池のリサイクルには直接リサイクルプロセスが最も理想的なプロセスであり、一方、円筒型セウには湿式プロセスが最も適している。しかし、エラーバーが表示されており、自信を持って最適な方法を選ぶことはできない。注目すべきは、リン酸鉄リチウム（LFP）化学では、純利益がマイナスになることである。LFPセルは、製造に高価でエネルギーを必要とするコバルトやニッケルを含まないため、採掘した方がエネルギー的に効率が良い。一般的に、EV用電池のライフサイクルにおける排出量を削減するためには、単一のセクターの成長を促進するだけでなく、より総合的な取り組みが必要である。レアアースの総供給量が有限であることは、一見、リサイクルの必要性を正当化しているように見える。しかし、リサイクルの環境面での利点は、より詳細に検討する必要がある。現在のリサイクル技術に基づけば、リサイクルの純利益は、選択されたフォームファクター、化学物質、リサイクルプロセスに依存する。