中国：電池前駆体技術？ 

「中国製バッテリーの前駆体？」と聞くと、まず最初に考えられるのは、量、価格、さらにはコピー品かもしれません。しかし、過去 5 ～ 7 年で状況はさらに複雑になってきました。多くの人は今でも、ここではすべてが単純であると考えています。西洋の特許を取得し、規模を拡大し、それで終わりです。実際、バリューチェーン、特にリチウムイオンおよび新しいソリッドステートシステム用の材料の分野を詳しく調べてみると、中国のプレーヤーはもはや単に「やっている」だけではないことがわかります。彼らは積極的に研究開発を行っており、多くの場合、プロセスのコストが高いために西側諸国では行き止まりと考えられていた方向に進んでいます。しかし、それについては後で詳しく説明します。

から?中国製? 「中国で設計」へ：アプローチの進化

実際、約 10 年前には、多くのものがリバース エンジニアリングに基づいて構築されていました。コバルト酸リチウム（LCO）、コバルト酸ニッケルマンガン（NMC）のサンプルを購入し、分解して再現してみました。しかし、当事者の純粋さと安定性は常に悪夢でした。 2015 年から 2016 年にかけて、長沙の拠点の 1 つで技術者との会話は 1 つのことに要約されました。「パラメータは仕様に従っているようだが、出力バッテリーの容量に 5 ～ 7% のばらつきがあるのではないか?」というものでした。問題は配合ではなく、前駆体の合成の微妙な点、つまり粒子サイズ、形態、およびppmレベルでの不純物含有量の制御にありました。

この変化は、CATL や BYD などの大手電池メーカーが、化学組成だけでなく材料の機能特性にも厳しい要件を課し始めたときに始まりました。ニッケル コバルト アルミニウム (NCA) 粉末だけでなく、完成したカソードでより優れたイオン伝導性を提供する特定の多孔性を備えた材料も必要でした。このため、前駆体供給会社は研究所やパイロットラインへの投資を余儀なくされています。ここで私たちはもはやコピーについて話しているのではなく、炭素熱還元、水熱合成、pH と温度を正確に制御した共沈法など、プロセスを自分たちでカスタマイズすることについて話しています。

興味深い事例は、NMC 811 (ニッケル含有量が高い) 用のチェーンの開発です。高エネルギー密度の追求は明らかですが、ニッケルとともに、熱安定性の低下、層状構造内のカチオンの変位などの問題も増大します。中国の技術者は、合金化（アルミニウム、マグネシウムの添加）の道をたどるだけでなく、前駆体粒子の勾配コーティングの実験も開始しました。容器のコアにはニッケルが多く含まれ、外層には安定性のためにマンガンまたはコバルトが豊富に含まれています。これには、前駆体合成の段階での正確な制御が必要です。四川省のあるサプライヤーのサンプルを見ました。多段階成膜に対する彼らのアプローチは本当に印象的でしたが、当時（数年前）のパイロットラインでの歩留まりは壊滅的に低く、約 65% でした。

本当の困難はどこにあるのか: 化学ではなく工学

多くは化学式に焦点を当てていますが、現在の主な戦いは化学工学とスケーリングです。実験室では、オリーブ構造を持つ LFP (リン酸鉄リチウム) の優れた前駆体を 1 キログラム入手できます。しかし、月産 10 トンまでスケールアップしようとすると、粒子の凝集、合金元素の不均一な分布、かさ密度の変動といった奇跡が始まります。これではプロジェクトの経済性が損なわれます。

ここで、中国企業は柔軟性と反復のスピードという強みを発揮し始めました。多くの場合、一度きりの巨大な工場はありません。迅速に再構成できるモジュラー パイロット ラインがあります。おなじみの技術者が、成都宜之科技有限公司（これはHuaxi Technologyによって設立された設計研究所です）かつて、あるヨーロッパの顧客のために、硫化物電解質前駆体（固体電池用）の合成のために、製品の許容可能な純度に達するまでに3つの異なる反応器構成を試したと述べました。彼らのウェブサイトyzkjhx.ru詳細についてはかなり控えめですが、プロジェクトの説明から、彼らがターンキープロセスの開発に深く関わっていることは明らかです。 - 研究室から商業生産まで。

もう一つの残念な点は原材料です。コバルトとリチウムの輸入依存は消えていない。したがって、多大な努力が 2 つの方向に向けられています。1 つは、二次原材料を最大限に活用するための徹底的な加工とリサイクルです。第二に、この依存性を軽減する材料を開発することです。ナトリウムイオン電池は近年の画期的な進歩と言えます。そしてここで中国は、元素の製造だけでなく、それらの前駆体の連鎖、例えば層状酸化物やポリアニオン性化合物の作成においても主導権を握ろうとしているようだ。 CATLはすでに製品化を発表している。しかし、前駆体について言えば、重要な課題は合成の安定性と低コストです。実験室では成功例がありますが、トン数のバッチはどのようなものになるでしょうか?答えよりも疑問の方がまだたくさんあります。

全固体電池: 新たな競争と前駆体に関する古い問題

ここが現在、最も興味深いが、曖昧な領域でもあります。誰もが全固体電池 (SSB) を聖杯として話します。しかし、誇大宣伝から離れると、主な技術的問題はインターフェイスです。固体電解質（硫化物、酸化物、ポリマー）と電極材料は完全に接触している必要があります。そして、これもまた前駆体に帰着します。

硫化物電解質（例：Li）₂S～P₂S₅システム）高純度の前駆体が必要であり、合成は完全に不活性な雰囲気で行われなければなりません - 酸素と湿気がすべてを殺します。同じ成都宜知技術研究所などの中国企業は、工業規模での固相合成やメカニカルアロイングの手法に積極的に取り組んでいる。しかし、主な問題は電解質自体の合成ではなく、複合カソードの前駆体の作成にあります。イオン伝導性マトリックスを作成するには、活性物質 (NMC など) を硫化物電解質粒子上に均一に堆積する必要があります。標準的な混合方法は機能せず、「デッドゾーン」が生じます。この解決策は、合成段階で目的の構造がその場で形成される特殊な前駆体の開発に見られます。大量生産に適した原子層堆積 (ALD) 技術を使用する試みについて聞いたことがありますが、これまでのところ、高価で時間がかかります。

ほとんどの人が話題にしない失敗した試みは、LLZO (リチウム ランタン ジルコニウム酸化物) などの酸化物電解質に関する初期のプロジェクトです。この材料は有望ですが、その前駆体は高温焼結 (1200°C 以上) を必要とします。彼らは合成を確立しようとしましたが、膨大なエネルギー消費とリチウムの化学量論を制御するという問題に直面しました。リチウムはそのような温度では単に蒸発してしまうのです。その結果、多くの新興企業はこれらの分野を縮小または凍結し、硫化物またはハイブリッドシステムに切り替えました。これは、美しい実験室化学が前駆体レベルで乗り越えられない工学的および経済的障壁に直面している良い例です。

未来を見据えて: チェーンインテグレーションとエコロジー

決定的なトレンドとなるのは垂直統合だ。 CATL や Gotion High-Tech などの大手企業は、もはや前駆体を購入するだけでなく、メーカーとの合弁事業に投資したり、独自の施設を建設したりしています。何のために？原材料から完成した電極までのチェーン全体を制御します。これにより、特定のセル構造 (タブレットセルやバッグセルなど) に合わせてパラメータを細かく最適化することができます。

2番目の大きなテーマは環境への配慮です。欧州の規制当局は長年、二酸化炭素排出量と責任ある調達というテーマに圧力をかけてきた。中国のサプライヤーにとって、これは脅威であるだけでなく、チャンスでもあります。多くの人がプロセスの認証を開始し、前駆体の製造に溶剤リサイクル システムを導入し、「環境に優しい」システムに取り組んでいるのを目にします。合成方法 - たとえば、毒性の低い還元剤を使用するか、水性環境で使用します。これはもはや PR ではなく、世界市場に参入するための緊急の必要性です。登録資本金 1 億 2,000 万元で設計機関としての地位を誇る成都宜志科技有限公司は、単なる製品ではなく、環境と経済のバランスが計算された技術を顧客に提供できる企業の 1 つです。

そして最後にもう一つ。何か「キラー」なことを期待すべきではありません。前駆体化学の画期的な進歩。進化は段階的に行われます。純度は 0.5% 向上し、合成コストは 3% 削減され、空気中での材料の保存期間は延長されます。この分野における中国の今日と明日のリーダーシップは、何千ものパラメータの制御、パイロットラインでの反復、スケーリングの問題の解決など、この骨の折れる目に見えない作業の中にある。彼らはすでにプロセスエンジニアリングにおいて模倣者から本格的な競争相手になっています。次のステップは、おそらく素材自体のデザインのトレンドセッターになることですが、これには根本的な発見が必要です。そしてそれらは予定通りに起こるわけではありません。