EV普及の鍵を握る全固体電池、長寿命で安全性高いが量産性に課題 - ITpro

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大阪公立大学大学院工学研究科准教授の作田敦氏

電気自動車（EV）やスマートフォン、ノートパソコンなどデジタルデバイスの普及を支えているのが大容量バッテリーだ。しかし、現在広く使われているリチウムイオン2次電池は、安全面での懸念も指摘され、大容量化や長寿命化などの課題も抱える。「日経クロステックラーニング」で「全固体リチウムイオン電池から全固体リチウム硫黄電池まで解説」の講座を持つ大阪公立大学大学院工学研究科准教授の作田敦氏は、「次世代電池として注目を集めているのが電解液を含まない全固体電池だ」と語る。全固体電池開発の基礎知識と課題、現在地点について作田氏に聞いた。

「全固体電池」とは何ですか。

作田氏：全てが固体でできた電池です。全固体電池も、スマートフォン用の電池などに一般的に利用されているリチウム（Li）イオン2次電池（LIB）も、放電時は内部にあるイオンが正極に、充電時は負極に移動して電気が流れるのは共通です。全固体電池は、正極や負極、正極と負極の間にある電解質まで全て固体です。これに対して、広く一般的に使われているLIBは、正極と負極の材料は固体ですが、その間にある電解質は液体の電解液です。

寿命が長く、急速充電しやすい

なぜ全固体電池が注目されているのでしょうか。

作田氏：電気自動車（EV）普及の鍵を握る技術だからです。というのも全固体電池は、現在EVの2次電池として利用されているLIBに比べて寿命が長く、高温特性に優れていて安全性が高い上に、出力を高められるメリットがあるのです。

　こうしたメリットを持つ全固体電池が実用化されて2次電池として利用できるようになれば、EVが抱えている多くの課題を解決できます。だからこそ現在、ほとんど全ての自動車メーカーと電池メーカーが、全固体電池の研究・開発に着手しているのです。

　例えば、安定的に長寿命で利用できる点は、EVそのものの寿命に直結します。2次電池が機能しなくなれば走行できなくなります。機能しても劣化して性能が落ちれば、満充電しても走行できる航続距離が短くなります。そもそもガソリン車に比べて航続距離の短い点がEV普及のネックになっているのに、寿命が短い上に、2次電池の劣化で航続距離が短くなる懸念があれば、EVの購入意欲がそがれるのも無理はありません。

　LIBは、Liイオンが移動する際に他のイオンや溶媒も移動するので、電解質層に用いている電解液が徐々に劣化します。これに対して、全固体電池では、電解質層をリチウムイオンだけが移動するので劣化しにくく、そのため相対的に寿命が長くなるのです。

　また、全固体電池は、現在のLIBでは動かすのが難しい60℃以上の環境でもほとんど劣化しない性能が確認されています。この特長も重要です。というのも、EVに搭載したとき、LIBに比べて急速充電しやすいことを意味するからです。

　LIBは温度耐性が低く、60℃以上の高温下では劣化します。急速充電すると60℃以上の高温になり劣化が進むので、充電速度を抑えています。満充電になるのに1時間もかかるようでは、ガソリンタンクを数分で満タンにできるガソリン車に比べて利便性の面で劣ります。だからといって時間を節約するために満充電にしなければ、走行できる距離は短くなります。全固体電池が搭載されれば、こうした利便性に劣る点が大幅に改善されます。

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