トヨタと出光 全固体電池の量産化実現に向け大きく飛躍

トヨタと出光興産は2023年10月12日、EV用の全固体電池の量産化実現に向け、固体電解質の量産技術開発や生産性向上、量産技術、サプライチェーン構築に両社で取り組むことに合意したと発表した。

トヨタの佐藤恒治社長(左)と出光の木藤俊一社長

両社は2027年から2028年を目標に全固体電池の実用化を目指し、その後は本格的な量産を目指すとしている。なお、両社の役割分担は、出光が硫化物をベースにした固体電解質の開発・生産、トヨタがその固体電解質を使用してバッテリーとして組み立てることになる。

トヨタが公表した固体電池のプロトタイプ

また、今回の発表により、出光が固体電解質を生産するためのパイロット・プラントを千葉工場内に建設すると発表した。これを第1フェーズとし、出光とトヨタは双方の技術領域へのフィードバックと開発支援を通じ、品質・コスト・納期の観点で、硫化物固体電解質を作り込み、出光の量産実証(パイロット)装置を用いた量産実証に繋げるとしている。

第2フェーズでは、出光による量産実証(パイロット)装置の製作・着工・立ち上げを経て、硫化物固体電解質の製造と量産化を推進することになる。また、トヨタによる硫化物固体電解質を用いた全固体電池と、それを搭載した電動車の開発を推進し、全固体電池搭載車の2027−2028年市場導入を目指すとしている。

そして第3フェーズは、第2フェーズの実績をもとにして、将来の本格的な量産と事業化に向けた検討を両社で行なうとしている。

出光は、早くから石油精製の過程で発生する副産物の硫黄の利用を研究しており、トヨタより早い2001年から固体電解質の中間材料である硫化リチウムの研究を開始。製造技術、安定供給体制の構築を目指した量産技術の開発に取り組んできた。その過程でトヨタと連携して開発を行ない、2020年には公道走行ができるコンセプトカー「LQ」に試作された固体バッテリーを搭載し、走行した実績がある。

エネルギー密度が高く、高出力であり、充電時間が短く、航続距離が長くできるメリットがある。そして電解質の安定性に優れ安全性が高いと、現状の液体電解質を使用するリチウムイオン電池に対して全面的に優れているとされているのだ。

また固体電池は、固体電解質として硫黄をベースとした硫化物が有望であることは世界的に知られている。しかしその一方で、試作、実験では充放電を繰り返すと、硫化物ベースの固体電解質に亀裂が生じる、電池が膨張するという現象が発生し、耐久性がきわめて低いという致命的な課題があった。

つまり固体電池は、理論的には性能が高いが、実用化にあたっては、材料、構造の最適化、そして量産技術の確立が必須となっているのだ。現在の液化電解質を使用するリチウムイオン電池も、1976年の原理の発見から1994年の実用化に至るまで20年を要しており、1980年代後半から1990年頃の実用化技術に貢献した技術者にはノーベル賞が贈られている。

固体電池の硫化物ベースの固体電解質が、割れにくい、膨張しにくい特性であることを実現することと、その電解質の大量生産や、電解質を使用する電池の量産体制にはやはり10年、20年を要すると考えられる。

トヨタは以前、固体電池が実用化された初期段階ではハイブリッド用の電池として使用するとしていたが、今回はEV用と説明している。

今回の発表により、2027年〜2028年頃に固体電池のパイロットプラントでの実用化を達成するというトヨタ、出光の決意は明確になったが、一方で、日産、ホンダもほぼ同時期にパイロットプラントにより固体電池の実用化を目指している。また世界に目を向けると、世界の電池メーカー、ベンチャー企業が固体電池の開発を急いでおり、それぞれがまさに時間と戦っているのだ。

また一方で、現在のリチウムイオン電池の改良による性能向上、半個体電池の開発も同時に進行しており、EVやPHEVの性能や価格は、これら新世代の電池の行方にかかっているのだ。

出光興産 公式サイト

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