EVの普及が加速する中で高まる、バッテリー組立における接着剤・シーラントの重要性
(出典：Krylex.com / Chemence)
近年、電気自動車（EV）の普及は急速に進んでおり、その市場成長率は従来の内燃機関車市場を大きく上回っています。2018年には世界のEV保有台数が500万台を突破しました。国際エネルギー機関（IEA）の控えめな予測でも、2030年までに世界のEV販売台数は2,300万台に達すると見込まれており、より強気な予測では4,300万台に達するとされています¹。
このような市場の大きな変化を受け、自動車メーカー（OEM）はEV開発への投資を積極的に拡大しています。例えば、Fordは2022年までに世界で40車種の電気自動車およびハイブリッド車を投入する計画を発表し、Volkswagenは2030年までに70車種の電気自動車を世界市場へ展開することを目標としています。同様の取り組みは、Daimler、Toyota、BMW、General Motorsなど、多くの主要OEMでも進められています。
EV市場を支える3つの要因
EV市場の成長は、大きく分けて経済性・環境性・社会的要因の3つによって支えられています。
EVが今後さらに普及するためには、車両価格がガソリン車と同等の水準に近づくことが重要です。また、走行時のCO₂排出量を削減するだけでなく、製造から廃棄までを含めたライフサイクル全体で環境負荷を低減することも求められています。
さらに、自動運転技術やインフォテインメントシステムの進化が、ユーザーの期待に応えるレベルまで発展することも、市場拡大の重要な要素となっています。
バッテリーを主なエネルギー源とする電気自動車は、その構成によってバッテリーEV（BEV）、ハイブリッドEV（HEV）、**プラグインハイブリッドEV（PHEV）**に分類されます。
一方、電気自動車にはバッテリー以外の動力源として**燃料電池（Fuel Cell）**を採用する方式もあります。燃料電池車は現在のところバッテリーEVほど普及していませんが、一部の電気バスや乗用車に採用されており、Toyotaは燃料電池車の先駆的メーカーとして広く知られています。
EV市場におけるサプライチェーンの課題
EV市場では、サプライチェーン全体で強い価格競争が続いています。
現在、市場にはさまざまなサイズや形状のバッテリーセルが存在し、数十社以上のメーカーが競争しています。しかし、自動車メーカーが競争力を維持するためには、2030年頃までに主要なセル規格やセルメーカーがある程度集約されると考えられています。
バッテリーの化学組成（セルケミストリー）も現在は数多く存在していますが、大量生産の進展に伴い、将来的には採用される種類は限られたものへと収束していくでしょう。
同様に、バッテリーメーカーについても、大手企業による買収や統合が進み、市場は徐々に集約されていくと予想されています。
EVバッテリーのサプライチェーン
EVバッテリーのサプライチェーンは、原材料メーカーから始まり、セルメーカー、バッテリーパックメーカーを経て、自動車メーカーへとつながっています。
代表的なセルメーカーにはSamsung、LG、Panasonicがあり、LishenやA123なども主要なサプライヤーとして知られています。
2019年時点で主要なバッテリーパックメーカーはCATL、BYD、Teslaの3社でした。
CATLは多くの世界的OEMへバッテリーを供給、または供給契約を締結しています。BYDは自社でバッテリーパックを製造し、自社車両へ搭載するだけでなく、他社への供給も行う垂直統合型メーカーです。Teslaも同様に垂直統合型企業であり、現在のEVにはPanasonic製円筒形セルを採用した自社製バッテリーパックを搭載しています。
バッテリー組立における接着剤・シーラントの役割
材料の観点から見ると、EV用バッテリーモジュールでは、**接着剤、シーラント、ガスケット、熱伝導材料（TIM：Thermal Interface Material）**が幅広く使用されています。
Industrial Market Insightによると、EV1台あたり、バッテリーとモーター周辺だけでも平均約8ポンド（約3.6kg）の接着剤・シーラントが使用されています。ハイブリッド車でも、この部分だけで約2ポンド（約0.9kg）の接着剤が使用されています²。
これらの材料は、バッテリーセル、バッテリーモジュール、バッテリーパック、そしてバッテリーマネジメントシステム（BMS）など、EVバッテリーのさまざまな構成要素で重要な役割を果たしています。
バッテリーセルは、電池として機能する最小単位です。複数のセルを組み合わせてバッテリーモジュールを構成し、さらに複数のモジュールを組み合わせることで、最終的なバッテリーパックが構築されます。
バッテリーマネジメントシステム（BMS）の役割
バッテリーマネジメントシステム（BMS）は、バッテリー全体を制御する中枢であり、バッテリーの性能と安全性を維持するために欠かせないシステムです。
主な役割として、充放電の制御による電池寿命の最適化、各セルの温度管理、充電状態の監視などがあります。また、適切なタイミングで充電を終了させることで、バッテリーの劣化を防ぎ、安全な運用を実現しています。
バッテリーセルの種類
現在、EVには主に円筒形セル（Cylindrical Cell）、角形セル（Prismatic Cell）、**パウチセル（Pouch Cell）**の3種類が使用されています。それぞれに特徴があり、用途や設計思想に応じて採用されています。
Teslaでは主に円筒形セルを採用している一方、多くの自動車メーカーでは角形セルが主流です。パウチセルはスマートフォンなどの電子機器で広く利用されてきましたが、近年ではEVへの採用も徐々に増えています。
円筒形セル
円筒形セルは製造コストが比較的低く、機械的強度や安全性に優れていることが大きな特長です。一方で、熱を効率よく逃がしにくいことや、サイズの選択肢が限られることが課題とされています。
角形セル
角形セルは限られたスペースを有効活用できるため、パッケージ効率に優れています。また、熱管理もしやすいという利点があります。しかし、製造コストが比較的高い点がデメリットです。
パウチセル
パウチセルは軽量で柔軟性が高く、設計自由度に優れていることから、顧客の要求に合わせた形状設計が可能です。また、熱管理性能にも優れ、重量が軽く、製造コストも比較的低いという利点があります。
一方で、機械的強度が低く、層間剥離（デラミネーション）が発生しやすいことや、環境耐性に課題があることが知られています。
ただし、バッテリー技術は現在も急速に進化しており、こうした長所や短所は今後変化する可能性があります。
バッテリー組立に使用される材料
EVバッテリーの性能を最大限に引き出すためには、用途に応じて適切な材料を選定することが重要です。
バッテリーの組立には、主に以下のような材料が使用されています。
- ポリウレタン
- シリコーン
- UV硬化型樹脂
- アクリル系接着剤
- エポキシ系接着剤
ポリウレタンやシリコーンは、比較的低コストで熱伝導性にも優れていることから、主に放熱材料として使用されています。
一方、ポリウレタン、エポキシ、アクリル系材料は、高い機械的強度を必要とする構造用接着剤として広く利用されています。
また、透明または半透明の部材を接着する場合には、短時間で硬化できるUV硬化型接着剤が採用されることもあります。
さらに、シアノアクリレート（瞬間接着剤）や嫌気性接着剤は、ワイヤーの固定、ねじの緩み止め（ねじロック）、ねじシールなど、従来からある用途で広く使用されています。
構造用接着剤
構造用接着剤は、バッテリーセル同士を強固に固定し、モジュール全体の機械的強度を確保するために使用されます。
車両は走行中に常に振動や加減速の影響を受けています。構造用接着剤は、このような環境下でもセルの位置ずれや不要な動きを防ぎ、バッテリー全体の信頼性を維持します。
また、製品によっては接着機能だけでなく、
- 熱伝導性の向上
- 難燃性の付与
- 環境耐性の向上
といった付加機能を備えており、バッテリーの寿命延長にも貢献しています。
セル以外では、バッテリーモジュールとバッテリーボックスの接合にも構造用接着剤が使用され、バッテリーシステム全体の剛性向上に役立っています。
シーラントの役割
シーラントは、バッテリーケース（筐体）の組み立てにおいて重要な役割を担います。
最大の目的は、水分や異物の侵入、あるいは電解液などの漏れを防ぎ、バッテリー内部を外部環境から確実に保護することです。
EVのバッテリーは、長期間にわたって厳しい使用環境にさらされます。そのため、シーラントには以下のような条件下でもシール性能を維持できることが求められます。
- -40～80℃程度の温度変化や急激な温度変化（サーマルサイクル・サーマルショック）
- 高湿度環境
- オイルや冷却液などの自動車用薬品への耐性
- 振動や衝撃、せん断力、圧縮荷重などの機械的ストレス
さらに、バッテリーの点検や修理に対応できるよう、再作業（リワーク）が可能なシーラントであることも重要な要件の一つとなっています。
熱伝導材料（TIM）
熱伝導材料（Thermal Interface Material：TIM）は、バッテリーモジュールと冷却システムの間に配置され、バッテリーから発生する熱を効率よく冷却機構へ伝える役割を担います。
バッテリーは使用中に熱を発生しますが、その熱が十分に放散されない状態が続くと、性能の低下や寿命の短縮につながります。さらに、高温状態では安全性にも影響を及ぼす可能性があります。
現在のEVでは、主に次の2種類の熱伝導材料が使用されています。
液状ギャップフィラー
液状ギャップフィラーは、施工時は液体であり、一定時間後に硬化して固体になります。
複雑な形状にも追従しやすく、部品間の隙間を効率的に埋められるため、熱伝導性を高めながら組立工程の効率化にも貢献します。
一般的には、ポリウレタン系またはシリコーン系材料が採用されています。
熱伝導パッド
熱伝導パッドは、あらかじめ所定の形状に加工されたシート状の材料です。
室温では固体ですが、組み付け時に柔らかく変形することで部品間の隙間を埋め、熱を効率よく冷却プレートへ伝えます。
用途や要求性能に応じて液状材料と使い分けられています。
熱伝導材料に求められる性能
液状タイプとパッドタイプでは特徴が異なるものの、EV用途では共通して次のような性能が求められます。
- 振動や衝撃を吸収できる適度な柔軟性
- バッテリーモジュールや冷却プレートへの優れた密着性
- 1W/m・K以上の熱伝導率
- メンテナンス時に再作業できること
最適な材料は、バッテリーの構造、要求される放熱性能、生産工程などを総合的に考慮して選定されます。
EV市場がもたらす新たな可能性
電気自動車市場は、今後も大きな成長が期待される分野です。
多くの市場調査では、年間平均成長率（CAGR）は**20～40％**と予測されており、主要な自動車メーカーは今後10年間にわたり、EV開発へ大規模な投資を継続することを表明しています。
この市場拡大に伴い、バッテリーの組立工程で使用される構造用接着剤、シーラント、熱伝導材料の重要性は今後ますます高まると考えられます。
バッテリーの高性能化や安全性向上、製造効率の改善を支える材料技術は、EV市場の発展とともにさらなる進化が期待されています。
参考文献
- International Energy Agency（IEA）
Global EV Outlook 2019
https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2019 - Industrial Market Insight
Adhesives & Sealants in EV Battery Modules and Packs
https://www.industrial-market-insight.com/download/adhesives-sealants-in-ev-battery-modules-and-packs