全固体電池における技術・研究開発の現状と今後の動向

脱炭素社会の実現が国際社会のキーワードで、その実現のためには従来の化石燃料中心の社会からの構造変革が求められています。その実現に向けて化石燃料を用いた発電から再生可能エネルギー (太陽光発電や風力発電等) への大幅な転換や、EV等の電動車の推進等が行われています。電池はそれらを実現するためのキー技術の一つです。その中心をなすリチウムイオン電池の性能向上が行われていますが、更なる高性能化へのニーズに応えるべく新しい電池の開発が求められています。その内訳は電池の高エネルギー密度化、入出力特性の向上、低温から高温までの広い作動温度特性、長寿命特性、高安全性等を兼ね備えられる電池です。これらを実現するため、ポストリチウムイオン電池として種々の新しい電池の候補が提案され、国内外で活発に研究開発がなされています。 　こうした状況下において全固体電池は上記の要求事項を高い次元でクリアできる可能性を秘めており、現在国内外において精力的に研究開発が行われています。実用化への動きも加速しており、トヨタ自動車は全固体電池を搭載したEVを2027から2028年に市販、日産自動車も2028年までに全固体電池を搭載したEVを発売すると発表しています。また、中国においても半固体電池や全固体電池を搭載した電動車 (EV・PHEV) に注力し、トヨタ自動車や日産自動車に先んじる計画を発表しています。 　本講演では全固体電池を中心にその開発現況、現状の課題、今後の見通しに関してお話しさせて頂きます。

1. 序論:二次電池・全固体電池を巡って
   1. 背景:市場予測・近年のニュース・関連メーカの動き等
   2. 固体電解質開発史
      1. 固体電解質が備えるべき要件
      2. 各固体電解質の種類と特徴
   3. 完成形の全固体電池を巡る概況
      1. エネルギー密度とリコール件数の関係 (民生用LiBを例に)
      2. 全固体電池開発の各社の取り組み
      3. 完成形としての全固体電池の特徴
2. 固体電池の分類と定義および代表的な各メーカ
   1. 全固体電池
   2. 半固体電池
   3. 全樹脂電池
   4. ポリマー電池
3. 全固体電池の課題
   1. 電解液系電池 (LiB) との比較から
4. 全固体電池の研究開発
   1. 硫化物系固体電解質
      1. 硫化物系全固体電池の課題抽出
      2. 正極材料開発
      3. 正極材料の界面制御と表面処理技術開発
         • Al表面処理によるアプローチ
         • 黒鉛負極との組み合わせ
         • 正極の改良 〜LiAlO2被覆NCM〜
         • 各部材項目ごとの主な使用材料
           • 正極
           • 負極
           • 固体電解質
           • セル
      4. 次世代高容量材料開発現況
         1. 硫黄正極
         2. 5V級正極
   2. 酸化物系固体電解質
      • 固体電解質の機械特性・ヤング率
      • 酸化物固体電解質の種類と特徴
      • 酸化物系固体電解質の課題
   3. ハロゲン系固体電解質
   4. 有機固体電解質
      • 有機固体電解質の課題と解決アプローチ
5. 全固体電池の製造プロセス
   1. 硫化物系全固体電池の製造工程
      • 湿式塗工
      • ロールtoロール
      • 乾式加圧成型
   2. 酸化物系全固体電池の製造工程
      • グリーンシート法
      • スクリーン印刷法
   3. 製造法の実例〜バインダーの活用〜
   4. 硫化物系固体電解質の取り扱い (耐水性) 改善事例
   5. 全固体電池の構成材料 (金属材料も含む):
      • 集電体
      • タブ端子
      • 外装ケース等
6. 半固体電池の研究開発
   1. 半固体電池の研究開発事例
   2. 半固体電池の製品例・用途
      • クレイ電池の特徴と用途
      • 柔粘性イオン結晶の固体電池への応用
      • 全樹脂電池の研究開発
7. ポリマー電池の研究開発
   1. ポリマー電池の概要・背景
      • ゲルポリマー電解質
   2. ポリマー電池の特性 (特徴)
8. 今後の課題と展望
   1. 全固体電池の課題 (私見)
   2. 今後の展望 (私見)
   3. 今後の研究開発指針