交通・輸送

寒冷気候のEVは車の選択肢になり得るか？

公開日 2025年1月14日

更新日 2026年5月30日

著者

Jonathan Schramm

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EV採用率の減速

Electrificationは世界を席巻しているトレンドです。これはEVだけでなく、暖房や産業プロセスにも当てはまります。しかし、従来のリチウムイオン電池は低温で性能が大幅に低下するという課題があります。そのため、EV採用が進んでいるカリフォルニアや中国では大きな問題ではありませんが、北部の高緯度地域では深刻な問題となり得ます。

これらの制約にもかかわらず、ノルウェーのようにEV採用率が高い国（EVが72％、ハイブリッドが14％）があり、人口がEVへの切り替えに強い意欲を持っていることが示されています。

出典: Roland Berger

それでも、ノルウェーの隣国のケースは、ノルウェーと同様の大規模な補助金がなければ、地域での採用率が50％未満で頭打ちになる可能性があることを示唆しています。

もしバッテリーシステムが低温での性能向上を実現すれば、同地域や類似国はBEV（バッテリー電気自動車）の100％達成に最初に到達する国の一つになるでしょう。

これまで、低温での性能向上の主な期待はナトリウムイオン電池に基づいており、特に中国企業CATLが大きく進展させたことが注目されていました（対応するレポートへのリンクをご参照ください）。しかし、新しい概念が、低温環境に特化したリチウムイオン電池への道を開く可能性があります。

It was investigated by Chinese researchers at the Donghua University (China), Fudan University, Qingdao University, and Inner Mongolia University. They recently published their result in Angewandte Chemie under the title “低温での優れた電気化学エネルギー貯蔵性能を実現する負の熱膨張挙動¹”.

リチウムイオン電池の低温における問題

Lithium-ion batteriesは、現在EVに必要な規模で利用できる最も高出力かつエネルギー密度の高い電池です。将来的には固体電池がこれを変える可能性があります。あるいは、ハニカム電池のような改良型リチウムイオン電池が固体電池技術と同等の効率を持つかもしれません。

しかし、いずれの場合も低温での性能課題は残ります。その原因は、特に氷点下の低温では電極材料内部でのリチウムイオン拡散が遅くなるためです。現在のところ、これは技術の根本的な限界と見なされており、リチウムイオンが低温でどのように反応するかという物理的特性に起因しています。

The only alternatives in EVs have been to use the battery energy to keep it warm (wasting power) or install large enough battery packs that the range loss is acceptable for the user. At least until now.

負の熱膨張（NTE）電極

研究者が用いた重要な概念は、電極材料に「負の熱膨張（NTE）」という特性を利用することです。これは、冷却時に膨張する材料で、特に金属など多くの材料が収縮するのとは逆の挙動を示します。

身近な例として水があります。凍結すると膨張し、氷は液体の水より密度が低くなります。

試験はリチウムチタンリン酸塩 LiTi2(PO4)3、通称「LTP」を用いて実施されました。

LTP

この材料は、TiO6八面体とPO4四面体からなる3次元格子構造を持ちます。この構造は開放的で柔軟性があり、「空洞」や「通路」を含み、リチウムイオンが格納できるようになっています。

出典: Angewandte Chemie

冷却されると、結晶構造は結晶軸の一つに沿って伸びます。これにより酸素原子間の距離が広がり、格子内の空洞が拡大します。

低温時の結晶内の広い空間は、リチウムイオンの貯蔵と輸送を容易にします。

優れた低温性能

空洞のサイズが大きくなることでリチウムイオンの移動性低下を完全に相殺するわけではありませんが、かなりの助けになります。研究者は、−10°Cにおいてリチウムイオンの拡散速度が25°Cで得られる値の84％にとどまることを確認しました。また、このような電池の効率と安定性もテストしました。

Electrochemical tests on carbon-coated LTP at −10 °C showed good electrochemical performance with high capacity and a high rate capability. The battery durability was also high, with no significant degradation of retention capacity over 1000 charge/discharge cycles (96.8 % capacity retention).

将来の応用

この新しいタイプの電極は、寒冷気候向けに特別設計されたEVでの潜在的な活用可能性を調査する必要があります。

これは、カナダ、スカンジナビア、ロシア、山岳地域など、厳しい冬季環境での運用が求められるEVにとって必須条件になる可能性が高いです。少なくとも標準装備となり、裕福なドライバー向けの付加的なオプション車に留まらないでしょう。

他にも負の熱膨張電極材料が存在し、さらに優れた電気化学特性を示す可能性があります。したがって、理想的な低温用電極材料を見つけるために、さらなる研究が必要になるでしょう。

長期的には、この技術は宇宙探査にも重要な応用が期待されます。軌道上や月、火星など極寒環境で稼働する乗り物やエネルギー貯蔵システムは、強力な性能が求められるでしょう。

先進バッテリーテクノロジーへの投資

バッテリーは電化の潮流の中心にあり、化石燃料をエネルギー源から排除しようとする数兆ドル規模の重要な取り組みです。

多くのブローカーを通じてバッテリー関連企業に投資できます。また、securities.ioでは、米国、カナダ、オーストラリア、英国、およびその他多数の国における最適なブローカーの推奨リストをご覧いただけます。

特定のバッテリー企業を選びたくない場合は、Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT)、Global X のLithium & Battery Tech ETF (LIT)、またはWisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ) といったバッテリーETFへの投資も検討できます。これらは成長するバッテリー産業へのより分散されたエクスポージャーを提供します。

CATL (300750.SZ)

前述のとおり、CATLは先進的なハニカムリチウムイオン電池とナトリウムイオン設計を持つ技術リーダーです。

同社はバッテリー製造における世界的リーダーで、世界のバッテリー生産量の半分以上を占めています。バッテリー製造サプライチェーンのすべての工程に関与しています。

これはリチウムイオン電池にも当てはまり、同社は長年にわたりリーダー的存在です。また、LFP（リチウム鉄リン酸）電池、最近発表された改良設計によりわずか10分で走行距離を600km増加させることが可能にも強みがあります。総合すると、走行距離は1,000km（600マイル）を超える可能性があり、将来のEVオーナーにとっての「航続距離不安」を完全に解消します。

同時に、CATLは過去に多くのバッテリータイプで顕著な進展を発表しています：

出典: CATL

CATLは中国でバッテリーリサイクル能力に3.25億ドルを投資しました。特にニッケル、コバルト、マンガンは99.6％、リチウムは91％の回収率を達成しています。

その規模、注力、研究開発の成果により、CATLはバッテリーのイノベーション、製造、リサイクルの最前線に立つ可能性が高いです。

これにより、Tesla (TSLA ) 、NIO、Ford、StellantisなどのEVメーカーにとって重要なパートナーとなります。また、Hyundaiが最近CATLの戦略的提携パートナーに加わりました。

さらに、ある化学系で得られた知見は別の系にも応用可能です。したがって、本記事で議論された発見は驚くべき組み合わせの起源となり得ます。例えば、以下のような新しいアイデアが考えられます：

ハニカム構造で構築された負の熱膨張電極。
負の熱膨張をナトリウムイオン技術に適用し、究極の低温耐性バッテリーを実現。
CATLの超安定ユーティリティ規模バッテリーに負の熱膨張を利用し、寒冷国の電力網市場を獲得。

すでに世界のバッテリーの半分を生産している規模の経済は、個別製品で使用される特定技術に関係なく、会社全体に適用できると考えられます。

したがって、バッテリーテクノロジー全般の進展が進むほど、CATLが既存の設計に統合できる可能性が高まり、需要が拡大し、さらに規模の経済が増幅する正のフィードバックループが形成されます。

最後に、投資家は米国と中国の間で拡大する亀裂に注意すべきで、CATLは潜在的な犠牲者になる可能性があります。米国防総省の中国軍事企業（CMC）リストに追加されました.

CATLは声明の中で、軍事関連の事業や活動に一切関与したことはなく、CMCリストへの追加は「誤り」であると述べました。

同社は、事業に対する実質的な悪影響は予想しておらず、必要に応じて法的手段も含め、米国防総省と協議して状況に対処していると述べました。

Fast Market

この決定は、CATLやリストに掲載された他社に即時の制裁を課すものではありませんが、株価やCATLの西側市場への将来の輸出に影響を与える可能性があります。

（こちらもご覧いただけます2024年9月の長期レポート（CATLに完全に焦点を当て、同社の歴史と技術を深く掘り下げたもの））。

研究参考:

^{1. Li, Q., Yang, L., Liang, G., Yu, J., Huang, S., Wu, L., Lin, C., & Che, R. (2024). 低温での優れた電気化学エネルギー貯蔵性能を実現する負の熱膨張挙動. Angewandte Chemie International Edition. https://doi.org/10.1002/anie.202419300}