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最近よく聞く全固体電池とは?

電気自動車(EV)の普及が加速する中、次世代電池「全固体電池」に注目が集まっています。従来のリチウムイオン電池では、安全性や航続距離、充電時間が課題とされてきましたが、全固体電池は火災リスクを低減しつつ、航続距離の延長や急速充電を可能にする革新的な技術です。トヨタをはじめ、日本や中国の自動車・電池メーカーが開発競争を繰り広げており、本記事では全固体電池の特徴や開発メーカーの動向を紹介します。


1.全固体電池の特徴

全固体電池とは、電解質に固体電解質が使用することで構成材料を全て固体にした電池です。従来のリチウムイオン電池と比較して、全固体電池は発火リスクを低減し、容量や充電速度の向上が期待され、さらに厳しい温度環境でも安定した性能を発揮できるとされています。

これまでEVは、「走行距離が短い」「充電に時間がかかる」「寒冷地で性能が低下する」などの課題が指摘されてきました。しかし、全固体電池の実用化によって、これらの問題が一気に解決される可能性があります。全固体電池は、EVにとどまらず、家電、産業機器、航空宇宙分野など幅広い分野での活用が期待されています。しかし、市場の大きさや現在抱える課題の重要性から、特にEV用途での開発が注目されています。

2.全固体電池の構造

従来のリチウムイオン電池では、電解質に可燃性の液体が使われていますが、全固体電池では不燃性の固体電解質が使用されています。また、リチウムイオン電池にはショートを防ぐための電極間にセパレータがありますが、全固体電池ではこのセパレータが不要になります。全固体電池では固体電解質中をリチウムイオンが移動することで充電・放電が行われます。

3.固体電解質の種類

固体電解質は主に「酸化物系」「硫化物系」「ポリマー系」の3種類があり、それぞれ特性と用途が異なります。

  1. 酸化物系
    高耐久・長寿命で小型化が可能なため、IoT機器など小型・薄型の用途で活用されています。ただし、容量が小さく、電気自動車用途には不向きです。既存のリチウムイオン電池を補完する新たな用途開拓が進んでいます。

  2. 硫化物系
    大容量・高出力で電気自動車向けとして注目されていますが、水分と反応して有毒ガスが発生する課題があります。そのため製造環境にも注意が必要です。性能は非常に高いものの、安全性や生産性の課題から実用化には時間を要します。

  3. ポリマー系
    弾力性があり、充放電や温度変化による劣化が少ないのが特徴です。生産が容易で用途に応じたカスタマイズが可能ですが、エネルギー密度が低く容量を上げるのが難しいため、用途に応じた素材選択が求められます。

各系統は特性に応じて用途が異なり、電気自動車から小型デバイスまで幅広い分野での活用が期待されています。

4.開発メーカーの動向

トヨタ自動車

トヨタは2023年10月、出光興産とEV用全固体電池の量産化に向けた協業に合意しました。2027~2028年の実用化を目指し、その後本格的な量産を計画しています。固体電解質には硫化物系を採用し、製造は出光興産が担当します。
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本田技研工業

ホンダは栃木県さくら市に全固体電池のパイロットラインを導入。量産プロセスの確立や技術検証を進め、2020年代後半に電動モデルへの搭載を目指しています。
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日産自動車

日産は長期ビジョン「Nissan Ambition 2030」の中で、2028年度までに自社開発の全固体電池を搭載したEVの市場投入を計画しています。
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広州汽車

広州汽車は2026年に全固体電池を搭載したEVを発売予定です。この全固体電池は、中国の清陶能源(チンタオ・エナジー)が量産を担当します。
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メルセデス・ベンツ

メルセデス・ベンツは米国の新興企業ファクトリアルと共同で全固体電池を開発中。2026年までに一部車両に搭載する計画を進めています。
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BMW

BMWは、全固体電池ベンチャー「Solid Power」への出資を通じて開発を進めています。
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