WeLion新能源：半固態電池で電動モビリティを再定義する

編集部注：固体電池は長らく動力電池の「究極の解」と見なされてきたが、全固体電池の量産はいまだ実現していない。こうした背景のもと、半固体路線は実験室から生産ラインへ至る最も現実的な橋として浮上している。中国メーカーのWeLion新能源（卫蓝新能源）は、その橋の上で最も注目される名前の一つだ。

私たちの身の回りの乗り物が一斉に「電動化」されつつある。通勤者を家まで運ぶ電気自動車、国境を越えて貨物を運ぶ貨物船、農地の上空を飛ぶ農業用ドローン。電動化の境界は絶えず拡大し、動力電池にかかる要求はますます高まっている――より長い航続距離、十分な安全性、そして軽量化。

北京に本社を置くWeLion新能源（WeLion New Energy）は、その答えが電解質の中に隠されていると考えている。同社は半固体電池を主力とし、固液混合の電解質システムを用いることで、従来のリチウムイオン電池に使われる大量の可燃性液体電解液を置き換え、安全性・エネルギー密度・量産可能性の間で最適なバランスを実現しようとしている。

半固体：全固体ではないが、もはや別物

従来のリチウムイオン電池は、正極・負極・セパレータ・液体電解液で構成されている。液体電解液は正負極間でリチウムイオンを輸送する役割を担うが、それ自体が可燃性であり、電池内部で短絡・過熱・穿刺が起きると熱暴走を引き起こし、発火に至る可能性がある。全固体電池はこれを固体電解質で完全に置き換えようとするものだが、界面抵抗が大きく、プロセスが複雑でコストが高いため、大規模量産は依然として困難な状況にある。

半固体電池はその中間的なアプローチを取る。少量の液体成分を残すことで良好なイオン伝導性を維持しつつ、ゲル化やインサイチュ（原位）固化などの手法により、電解液の大部分を固体構造の中に「封じ込める」。これにより、燃焼しうる遊離した液体が大幅に減少し、熱暴走の発生閾値が引き上げられる。また、より容量の大きな正負極材料を採用できるため、電池のエネルギー密度も主流の液体系リチウム電池を大きく上回ることができる。

「半固体は過渡期の妥協ではなく、市場に即座に提供できるエンジニアリングの答えだ。」――業界がこの技術路線に対して広く下している評価

WeLionの技術的切り札

WeLion新能源は2016年に設立され、中国科学院物理研究所の固体電池研究チームを母体とする、国内で最も早期に固体電池の産業化に特化した企業の一つだ。同社は半固体と全固体の両製品ラインを展開しており、前者はすでに車載段階に入っており、後者はより遠い将来を見据えたものとなっている。

同社の半固体セルのコンセプトは、高ニッケル正極とシリコンカーボン負極のシステムにインサイチュ固化ゲル電解質を導入するというものだ。従来のセルと比較して、このタイプの製品はエネルギー密度が300Wh/kg以上に達し、針刺し試験や過充電試験といった安全性テストにも余裕をもって対応できる。完成車メーカーにとっては、同じ重量でより多くの電力を搭載できる、あるいは同じ航続距離で車体を軽量化して消費エネルギーを削減できることを意味する。

注目すべき点として、WeLionはセル製造だけにとどまらない。材料・プロセス・設備を包括した比較的完全な製造体系を構築し、複数の完成車メーカーとの協力関係を確立している。製品はすでに乗用車、eVTOL（電動垂直離着陸機）、ドローン、船舶など複数のアプリケーション分野に展開されている。

なぜ空と水面も同様に重要なのか

乗用車が半固体電池の「主戦場」だとすれば、航空と海運はその価値がさらに増幅される領域だ。

電動航空機や大型ドローンは重量に極めて敏感だ。航空業界には「1キログラムの軽量化はそのまま金になる」という格言がある。電池のエネルギー密度が向上するたびに、それはペイロード能力や航続距離の飛躍的な向上に直結する。さらにこうした用途では、安全性への要求も地上の乗り物をはるかに上回る――空中では路肩に停車するという選択肢が存在しないからだ。半固体電池が持つ熱安定性の優位性は、まさにこの課題に応えるものだ。

船舶の電動化も同様だ。内河・近海船舶の電動化は加速しているが、船用バッテリーコンパートメントはスペースが限られており、メンテナンスも困難なため、サイクル寿命と本質的な安全性への要求がより高い。エネルギー密度が高く発火リスクの低い電池は、電動船の航続距離と船内レイアウトの双方に余裕をもたらす。

混戦するレース、勝敗はまだ決まっていない

半固体はWeLionだけの専売特許ではない。日本・韓国・欧州、そして中国国内の電池大手各社も、固体・半固体の分野に多額の投資を行っている。トヨタ、日産、サムスンSDIなどが全固体電池の量産スケジュールを発表しており、CATLや蜂巣能源（Honeycomb Energy）などの中国メーカーも、それぞれの凝集体または半固体製品の開発を進めている。

WeLionの優位性は「早さ」と「専門性」にある。車載検証への参入が早く、この技術路線に集中して取り組んでいる。しかし課題も明確だ――生産能力の立ち上げ、歩留まり管理、コスト低減のいずれもが、電池メーカーの命運を左右しうるものだ。半固体セルの現在の製造コストは成熟した液体系と比較して依然高く、大規模量産においてコストを完成車メーカーが受け入れられる水準まで引き下げられるかどうかが、今後数年間の最重要課題となる。

結語

電池技術の進化は短距離走ではなく、材料・プロセス・スケールをめぐる長距離走だ。半固体電池が必ずしも最終形とは限らないが、最終形へと至る道の重要な通過点となる可能性は高い。WeLion新能源が先行者優位を持続的な産業的地位へと転換できるかどうかは、実験室での性能指標を、生産ラインで安定的に出荷される製品へと変えられるかどうかにかかっている。そしてそれこそが、過去10年間に無数の電池スタートアップが倒れていった場所に他ならない。

本稿はMIT Technology Reviewより編訳。