全固体電池を開発するメーカーの特徴・建前と本音

全固体電池を開発するメーカーの特徴・建前と本音

最近のニュースで、リチウムイオン電池の性能をしのぐ次世代型電池として「全固体電池」というワードが報道されることが多くなりました。

ニュースでよく耳にする「全固体電池」というのは 一言でいえば、 これまで液体だった「電解質」を固体にしたリチウムイオン電池のことです。

もちろん全固体電池の定義としてはリチウムイオン電池以外のものでも電解質が固体なら含まれるのですが、最近大きく注目されているのはリチウムイオン電池の全固体ver.なのです。

トヨタは2020年代前半に全固体電池を搭載した電気自動車(EV)を実用化すると発表しています。

例えばこちらの動画の解説を見ると、全固体電池がこれまでのリチウムイオン電池で問題とされてきた課題が一気に解決してくれそうな印象を受けます。

ただ実際のところは、メディアなどではあまり報じられない不都合な真実もあります。

全固体電池を推しているメーカーたちも本音としては現時点でそこまで明るい見通しを持っていない部分もあります。

また、同じ全固体電池でもタイプの異なる2種類が存在し、用途によって使い分けられています。特徴の異なる2種類の全固体電池が混同して捉えているために事実と異なる認識がなされている部分もあります。

今回の記事では、全固体電池のタイプや参画しているメーカー、全固体電池の本当の強みと電気自動車への応用、自動車メーカーの本音(推測)などについて解説していきます。

全固体電池の特徴と開発しているメーカー

まずは全固体電池の実用化に向けて開発を行っているメーカーを紹介したいと思います。一口に全固体電池と言っても、特徴の異なる2つのタイプが存在します。それが、「酸化物系」「硫化物系」の全固体電池です。違いは固体電解質に用いられている材料の違いです。

「酸化物系」の全固体電池は化学的に安定で取り扱いも簡単であるため、信頼性も高く長寿命で安全という特徴があります。一方でイオン伝導率は低くエネルギー密度のUPは期待しにくいといった課題もあります。

「硫化物系」の全固体電池はイオン導電性が高いためエネルギー密度を上げやすくなる可能性があるというのが一番の強みです。一方で水に対する弱さや発火のしやすさ、量産プロセスが確立されていないという課題もあります。

したがって、酸化物系と硫化物系とで向いている用途も異なってきます。硫化物系はエネルギー密度の求められるEVなどの大型のデバイス、酸化物系は取り扱いの簡単さや安全性が求められる小型用途、といったように。(詳しくはこの記事の後半でも説明します)

https://twitter.com/oichanmanm/status/1197483072687464453?s=20

これらの特徴を踏まえたうえで、酸化物系・硫化物系それぞれにおけるメーカーを紹介していきます。

酸化物系全固体電池のメーカー

酸化物系の全固体電池は上記のように小型用途への応用を目指すメーカーが多いです。例えば村田製作所はウェアラブル端末向けの電池のような、電子部品的な用途に向けた全固体電池を20年度から量産する方針を明らかにしています。

他にもFDK、TDK などが酸化物系の全固体電池を既に量産し始めています。太陽誘電も2021年度中の量産を目指すと発表しています。

これらのメーカーの共通点として、電子部品メーカーでありセラミック部品に関するノウハウを有していることが挙げられます。特に彼らのコア技術である焼成プロセスが全固体電池の量産に生かされていると考えられます。

また、不燃性や耐水性、安全性などに優れていて液漏れが構造上起きないという利点が電子部品の要求性能にピッタリであったともいえます。

硫化物系全固体電池のメーカー

一方で硫化物系全固体電池の開発には自動車メーカーなどが乗り出していると言われています。特に本気度が高いのがトヨタで、2020年代前半の実用化を目指すと公表しています。

トヨタ以外にも、ホンダや日産などの自動車メーカーやパナソニックも開発を行っているとされています。また、「LIBTEC」と呼ばれる産学合同プロジェクトでも全固体電池の開発は行われています。

2019年には日立造船が全固体電池の量産に乗り出すと発表し、すでにサンプル出荷を始めたと報道されています。まずは真空耐性や広い動作温度範囲が求められる宇宙分野など特殊用途向けでの実用化を目指しています。

全固体電池が普及するための条件

ここまで全固体電池を開発しているメーカーを紹介してきましたが、あくまでどのメーカーも全固体電池に関しては開発中、もしくはこれから量産を開始するという段階です。

したがって、本当に全固体電池が普及するかどうかは実際に市場に出してみないと分からない側面もあります。

現在普及しているリチウムイオン電池も、1991年にSONYで製品化された当時は売り上げは芳しくありませんでした。それが一気に普及したのは、3Vの電圧で動作するICが1995年ころに開発されその規格にリチウムイオン電池が合っていたという経緯があります。

詳しくは吉野彰さんのこちらの資料も参考にしてください。

つまり、単に新しい電池を製品化するというだけではなく、それに見合う市場、アプリケーションがないと全固体電池であっても普及するとはいいがたいのです。

逆に言えば、現在注目されている全固体電池というのが電気自動車というデバイスから見て決定打となるメリットがあるかどうかが普及の条件となります。

全固体電池の電気自動車への応用

そのようなことを考えると、今のリチウムイオン電池から全固体電池にしたところで決定打となる違いがあるかと言われると微妙なのが現在の状況です。

例えば、全固体電池であれば液漏れしないため形状の自由度が高まりエネルギー密度が上げやすい、電池の冷却も不要になりその分装置が小型化できるなどのことは全固体電池のアドバンテージとしてよく言われています。

しかし、それを実際の電気自動車に搭載する電池パックのレベルで実現したというデータは少なくとも表に出ている範囲では一切出ていません。

日立造船の全固体電池についても、エネルギー密度という観点で見れば現在のリチウムイオン電池にはまだまだ遠く及ばないレベルです。こちらの画像は2019年の東京二次電池展で日立造船が展示していたスペック表ですが、この程度のエネルギー密度ではとても電気自動車に載せられるレベルではありません。

また、そもそも単に電気自動車に十分な航続距離を持たせるという意味で言えば、現在のリチウムイオン電池で十分なことはテスラがすでに実証しています。

つまり、コストを度外視して大量にリチウムイオン電池を搭載さえすれば電気自動車の機能、商品性としては十分なわけであって、エネルギー密度や温度制御よりもむしろ律速になっているのはコストなのです。

全固体電池の実用化によってその部分が解決するかどうかというのは何とも言えないところです。全固体電池の生産プロセスはまだ確立されておらず、コスパよく量産するための方策は少なくとも公には見つかっていないということも付言しておく必要があります。

全固体電池を開発しているメーカーたちの本音(あくまで推測)

そのため、現時点ではトヨタをはじめとした自動車メーカーたちも全固体電池一本の将来に賭けているとは考えにくいです。

ただ、万が一全固体電池が今のリチウムイオン電池を超えるようなブレイクスルーが起きたら、その時までに何も開発していない状態だと一気に置いてきぼりを食らうことになります。

全固体電池に限らずものづくりというのは結局のところ技術やノウハウの積み重ねが大きくものをいうので、当たるも八卦当たらぬも八卦という状態であっても開発の手を止めるわけにはいかないのです。

また、以前の記事でも紹介した自動車開発のロードマップなども、全固体電池のブレイクスルーが起きると一気に書き換える必要が出てきます。

ただ、当たるも八卦当たらぬも八卦というような状況の技術を商品化のメドもないのに大々的に研究開発を行うとなると外野からの風当たりは強くなります。また、ある程度製品化前提で開発を行われないと技術が磨かれないということもあります。

現在商品化されていてある程度のマーケットの見込みのある酸化物系の全固体電池も、村田製作所(買収前はSONY)は10年以上前から開発をしていたと言われています。とても一朝一夕で商品化できるほど簡単ではないのです。

したがって、全固体電池を搭載した電気自動車はある程度(というか、かなり)台数を限定してお試し的な意味合いでリリースされるのではないかと考えられます。今の燃料自動車の「MIRAI」と同じようなイメージです。

トヨタに限らず、硫化物系の全固体電池を搭載した電気自動車に関する報道は、(少なくともメーカー側からは)出荷台数について言及されていないのがミソです。量産プロセスが確立されていない以上、とてもそのような確約は出せないのが現状です。

つまり、硫化物系の全固体電池に関してはメーカーはどちらかというと長期的な視点で考えているのではないかと考えられます。今のリチウムイオン電池と比較して圧倒的なメリットが出てくるようなブレイクスルーが出てくるまで地道に開発を続けたいというのが本音ではないでしょうか。

毎年のノーベル賞シーズンでも「長期的視点に立った基礎研究が大切だ」という趣旨のようなことは良く報道されますが、おそらくメーカーの人たちも同じようなことは本音では感じているでしょう。ただ社会的により短期的な成果を求める傾向が強くなってきていることから、このような本音と建て前の使い分けをしているとも取れます。

全固体電池に関する報道が実情と比較してややヒートアップしすぎている感がある昨今ですが、今回紹介したような観点から報道を読み解くと違った見え方がしてくるでしょう。