世界中でEV化が進む中で、新たなバッテリーである全固体電池が注目されています。全固体電池は従来のバッテリーの課題を解消できる「夢の電池」とまで言われており、実用化が待ち望まれている技術です。本記事では、自動車業界で開発が進んでいる全固体電池がどのようなものなのか、メーカー各社の開発状況についてご紹介します。

全固体電池とは？

全固体電池は、電解液ではなく固体の電解質を使用したバッテリーです。現在の主流であるリチウムイオン電池と構造自体は似ていますが、電解液を使用しない点が異なります。

リチウムイオン電池は、正極・負極・電解液・セパレーターの4つで構成されます。リチウムを含む金属化合物を正極に、リチウムイオンを蓄積できる黒鉛などを負極に使用することが多く、正極と負極の間をリチウムイオンや電子が行き来することで充電・放電する仕組みです。電解液はリチウムイオンの通り道としての役割を担っており、化学変化を起こしやすい液体が使われています。また、正極と負極が接触してショートしないように両者の間にセパレーターを設置して絶縁する、というのがリチウムイオンのおおまかな仕組みです。

全固体電池では、電解液とセパレーターの役割を固体の電解質が担います。固体の電解質を採用した電池としては心臓ペースメーカーなどに用いられるリチウムヨウ素電池がすでに実用化されていますが、こちらは乾電池のような使い捨ての一次電池です。リチウムイオン電池のように大容量かつ充電・放電を繰り返して使用できる二次電池ではまだ実用化に至っておらず、大学や企業による研究開発が進められています。

全固体電池の特徴

ここでは、現在の主流であるリチウムイオン電池と比較した場合の、全固体電池のメリット・デメリットをそれぞれ解説します。

全固体電池のメリット

全固体電池のメリットとしてよく言及されるのが、安全性の高さです。リチウムイオン電池では電解液に可燃性のある有機溶剤が含まれており、液漏れや発火・破裂などが発生する恐れがあります。また、想定外の副反応が起きてしまい電極などが劣化しやすい点も課題です。しかし、固体の電解質を使用する全固体電池では液漏れなどの心配がなく、化学的にも安定しているので想定外の副反応が起きにくくなっています。

さらに、電池としての性能向上が期待できるというメリットもあります。例えば、全固体電池では高温にも低温にも弱いセパレーターを使用しないため、動作可能な温度範囲が広がります。その結果、リチウムイオン電池には採用できない高性能な材料を使用して、省スペースかつ高電圧・高容量の電池を実現することが可能です。材料選択の自由度は、電池の構造や製造プロセスの自由度にもつながります。EV普及の課題として、航続距離の短さや充電時間の長さがよく挙げられますが、全固体電池であればこれらの課題が一気に解決するかもしれないのです。

全固体電池のデメリット

全固体電池のデメリットとしては、界面抵抗の大きさがよく挙げられます。固体の電解質は電極間をリチウムイオンが移動する際の抵抗が高くなりやすく、出力を上げにくいという内容です。しかし、今後より伝導性の高い材料が開発されたり、電極と電解質の密着性を高める加工方法が確立されたりすれば、解決する可能性が高いと言われています。

一方で、まだまだ未知数となっているのが量産技術の確立です。リチウムイオン電池の代替となる全固体電池は現時点で安定した製造方法が定まっておらず、実用化された場合のサイズやコスト、品質もはっきりしていません。試作品の製造プロセスはある程度確立できているようですが、量産となればまた違う課題が発生するでしょう。しかし、量産技術さえ確立できればコスト以外のほとんどの面でリチウムイオンに勝ると考えられているため、今後の技術開発に期待したいところです。

全固体電池の開発状況

自動車メーカー各社は全固体電池の開発に注力しており、開発状況をメディアなどで公開しています。

例えば、日産自動車は2028年をめどに全固体電池を搭載した次世代EVを市場投入することを目指しています。現在の開発状況は材料設計にまつわる研究フェーズが佳境を迎えており、続いて電池の構造設計や生産技術の開発に進んでいきます。また、2025年3月にはパイロット生産ラインが稼働開始する見込みであり、そこで製品・生産技術の開発を進めつつ、2026年からは試作車による公道テストを開始するようです。

トヨタ自動車も、2027年〜28年に全固体電池を搭載した EVを市場投入することを目指しており、量産技術の開発や生産体制の確立、サプライチェーンの構築に取り組んでいます。トヨタ自動車は材料製造技術に強みを持つ出光興産と協業しており、両社の全固体電池やその材料である硫化物固体電解質の特許件数は世界トップクラスとなっています。

全固体電池がEVをさらに普及させるか？

自動車メーカー各社は、「夢の電池」である全固体電池の開発を進めています。2028年頃には全固体電池を搭載したEVが販売開始され、EVのさらなる普及に貢献するかもしれません。自動車業界の今後を大きく左右する全固体電池の開発状況に、注目していきましょう。