【海外技術情報】VW:新たなバッテリー研究所をドイツ・ザルツギッターに開設

積極的にEV化を進めているVWが、最先端のバッテリー研究所をドイツのザルツギッターに開設した。開発、生産のほか、リサイクルのノウハウを蓄積するための施設であり、ここをヨーロッパ有数のバッテリーセンターに拡大して行くという。
TEXT:川島礼二郎(KAWASHIMA Reijiro)

 VWグループは、2019年に設立したVWグループコンポーネントが、ドイツ・ザルツギッターに最先端のバッテリーセル研究所を設立したことを発表した。これによりバッテリー技術の知識をさらに拡大し、独自のEV用バッテリーセルの開発と製造に向けて、次のステップを踏み出して行く。2025年以降、VWユニファイドセル(統合セル)はザルツギッターの生産ラインからロールオフされる予定である。将来的には、約250人の専門家が合計4つの研究所でセル開発、分析、およびテストの分野で研究を行う。グループは施設に約7000万ユーロを投資している。

新しいバッテリー研究所:VWは独自のバッテリーセル開発と製造に向けて次のステップを踏み出した。
このセル形式は新バッテリー開発時の初期パフォーマンステストで使用される。
バッテリーアノードを作成する際、バッテリーペーストを銅箔に塗布してから乾燥させる。
セルのスタックは電解質で満たされ密封される。
ポーチセルに挿入された電極シート。

 VWグループのテクノロジー担当取締役会メンバーでありVWグループコンポーネントの取締役会議長のトーマス・シュマル氏は、以下のように述べた。

「新しい最先端の研究所により、バッテリーEVの心臓部であるバッテリーセルの開発、製造に関する専門知識をさらに拡大します。このザルツギッターサイトは、ドイツの自動車産業を従来のドライブシステムからe-モビリティに変革する方法を示しています。当社は最先端の研究者を惹きつけており、業界のパイオニアとして明日の雇用を創出します」

開発プロセスで使用される実験用セルは、自動車用セルと同じ要件を使用してテストされる。テストリグごとに最大60個のセルを「単層」および「多層」構造でテストできる。
実験用セルのテストチャンバー
自動車用セルのテストチャンバー:自動車用セルは電気的特性と耐久性とを判断するため、様々な温度でテストされる。EISなど追加の測定手法も適用される。

 シュマル氏は、グループ内の全ブランドのバッテリーおよび充電技術のロードマップを担当している(技術ロードマップについては過去記事を参照されたい https://car.motor-fan.jp/tech/10018747)。このロードマップは2021年3月に導入されたものだが、バッテリーと充電の将来に関する技術は、7月に同グループが発表したNEW AUTO戦略(2030年に向けた中期戦略)の重要な要素であるとして再注目された。

実験室規模での手動コーティング塗布:実験室規模でバッテリーアノードを作成するには、バッテリーペーストを最初に手動で銅箔に塗布してから乾燥させる。
コーティングおよび乾燥が済んだアノードコイル
コーティングおよび乾燥が済んだアノードコイル
ミキサー内のバッテリーアノードペースト:このミキサーは実験室規模でバッテリーアノードペーストを作成するために使用されている。

 ボリュームセグメント向けに開発中の新しいユニファイドセル(統合セル)は、2025年からザルツギッターのギガファクトリーの生産ラインをロールオフする。そして2030年までに、VWグループは240GWhの生産能力を持つパートナーと共に、ヨーロッパで6つのセル工場を運営する。将来的には、年間容量40GWhのセルをザルツギッターで生産する。新しいユニファイドセル(統合セル)は相乗効果を解き放ち、バッテリーコストを最大50%削減することが期待されている。

リチウムを検出するために100万倍の倍率で使用される走査型電子顕微鏡
バッテリーセル全体の分析に使用されるCTイメージング
電極構造を特徴づけるために使用されるマイクロCTスキャン
X線を使用したCTスキャンで内部構造の画像を生成する。左は細胞全体を測定するために使用される装置であり、右は電極構造を特徴づけるために使用される。

 ドイツ・ニーダーザクセン州の首相であるシュテファン・ヴァイル氏は以下のように述べた。
「過去数十年に渡り、ザルツギッターのフォルクスワーゲン工場では何百万台もの車両にエンジンを搭載してきました。そして自動車の電化を見越して、現場では将来を見据えたバッテリーセルの生産に段階的に転換しています。自動車産業の心臓部であるエンジンは、将来、電気に打ち負かされるでしょう。そしてこの電気においては、ニーダーザクセン州は勝者なのです」

酸素や湿度のないアルゴン雰囲気でサンプルを準備するために使用されるグローブボックス
電池部品中の物質を定量化するために行う湿式化学分析で使用する機器

 ザルツギッターのコンピテンスセンターは、グループ全体の材料テスト、リリーステスト、品質保証、それにEVバッテリーセルのシリーズ監視を担当している。ザルツギッターのセンターオブエクセレンス(CoE)で働く約500人の従業員のうち、約160人が現在セル開発に携わっている。それが2022年末までに、セル材料とフォーマットの研究、分析、開発のための約250人の専門家を含む、1000人を超える従業員に増強される予定である。

電極コーティングの接着強度を測定するテスト
使用状態にあるバッテリーセルで実行されているX線回折分析
電極材料の結晶構造を決定するために使用されるX線回折計

 新しい研究所は、最大200の異なる分析方法を備えた広範なセル試験プログラムと、新しい製剤の開発が可能である。バッテリーセルおよびバッテリーシステムの責任者であるフランク・ブロム氏は以下のように述べた。
「ここでは、最先端のテクノロジーを使用しています。例えば、リチウムを検出するための世界でも数少ない走査型電子顕微鏡の1つがあります。その他の機器としては、急速充電および急速放電中の性能と経年劣化の兆候をテストするための、高度に自動化されたテストフィールドを有しています。このテストには、12分以内に5〜80%のバッテリー電力で充電できるセルが含まれています。生産データ、分析データ、テストデータのインテリジェントな接続のおかげで、開発プロセスは非常に効率的です」

テストチャンバー内のセルの配置:セルポジショニングプロセスでは、実行中の他のセルテストへの影響を避けるため、柔軟性、逆極性保護、自動テスト開始、および短いセットアップ時間を確保することが優先される。
ボタンとPATセルを備えたテストチャンバー:初期の塩基組成とサンプルは、ハーフセルまたはフルセルのいずれか、あるいは参考のための電極を使用して、容量とパフォーマンスの観点からテストおよび特性評価が行われる。

 研究室は4つの領域に分かれている。セル開発研究室では、新材料の適合性が評価され、化学製剤、電極材料、およびプロセスが開発される。有望なイノベーションは、ここから隣のパイロットラインに直接送られ、小規模生産が行われる。分析ラボでは、研究者がセルのコンポーネントと原材料とを分解して、競合分析と品質保証を実験する。環境安全研究所では、セルは6つの特別なチャンバーで耐久性テストを受け、電気的、熱的、または機械的ストレスに晒される。新しい試験方法もここで研究される。電気試験分野では、すべてのフォーマットおよび電力クラスの実験室およびシリーズセルが電気的に測定され、性能がテストされる。

Zスタッキングマシン:電極シートはセパレーターを使用して、正確かつ半自動的に一枚一枚積み重ねられる。
最小タイプのボタンおよびPATセル用のテストチャンバー
安全性試験室のセル:セルは安全テストチャンバーで動作限界を超えてテストされ、安全特性が決定される。標準化されたテストチャンバーは、さまざまな機器、構造、デバイスを統合する柔軟性を有している。革新的な自己再生フィルターシステムは、腐食性ガスを確実に除去する。

 フランク・ブロム氏は続けた。
「VWグループにとって最も重要な将来のテクノロジーの1つは、ここで推進されています。CoEバッテリーセルで行われるすべてのことは、当グループが保有する全ブランドの将来の顧客に、可能な限り最大の航続距離、充電性能、持続可能性、それに安全性を備えたEVを提供するのに役立ちます」

セル開発ラボにおける革新的なバッテリーセル開発
安全ラボにおける6つのテストシナリオ

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著者プロフィール

川島礼二郎 近影

川島礼二郎

1973年神奈川県生まれ。大学卒業後、青年海外協力隊員としてケニアに赴任。帰国後、二輪車専門誌、機械系…