どうなるEV向け全固体電池材料、2026年のキーワードは製造プロセスの最適化：MONOist 2026年展望（2/3 ページ）

[遠藤和宏，MONOist]

ホンダの強みはロールプレス方式

　ホンダは2025年1月に、研究開発子会社である本田技術研究所の栃木さくら拠点（栃木県さくら市）で、全固体電池のパイロットラインの稼働を開始した。このパイロットラインは延べ床面積が2.7万m²で、原料の秤（ひょう）量／混錬から、電極の塗工、セルの組み立て、化成、モジュールの組み立てまで、量産に必要な工程を再現している。同社はこのパイロットラインを用いて全固体電池の製造コストと品質の検証を進めている。

　同社が開発を推進している全固体電池の特徴は製造方法にある。従来の液系リチウムイオン電池の製造プロセスをベースにしながら、全固体電池特有の固体電解質層の緻密化と連続加工に対応したロールプレス方式を採用した。電極界面の密着性を高めつつ生産性を向上する取り組みも導入している。

「本田技術研究所」の全固体電池のパイロットライン［クリックで拡大］ 出所：ホンダ

　加えて、正極と負極の一体化を含む一連の組み立てプロセスは集約することで高速化し、1セル当たりの製造時間を大幅に短縮することを目指している。また、作業の安全性や電池性能の確保に必要な低露点環境を最小化する生産管理技術を構築するなど、製造に使用する電力の低減にも取り組む。

　さらに、内部ショートの原因となるデンドライト（リチウムの結晶）の発生を抑えるため、特殊なポリマー層を挟み込むといった独自の構造も研究中だ。

　同社は、量産プロセスの確立に向けた技術検証と並行してバッテリーセルの基本仕様を決定し、2020年代後半に投入する電動車への搭載を目指している。なお、同社は研究開発を進める全固体電池の種類を公表していないが、前述の通りEV用途で適している硫化物系とみられている。

トヨタは材料の国内供給網を構築

　全固体電池に関する特許保有数が2024年時点で950件と国内トップであるトヨタも、日産やホンダと同様に、硫化物系全固体電池の研究開発を進めている。トヨタの実用化の目標時期は2027〜2028年だ。実用化した全固体電池をEVに搭載し、走行距離を約1200kmに、容量の10％から80％まで充電する時間を10分以内にすることも目指している。

　ホンダや日産と異なる点は材料の国内供給網を構築している点だ。硫化物系固体電解質に関して、トヨタと出光興産は2023年に、全固体電池の量産に向けて協業を開始すると発表した。

　出光興産は2025年に、全固体電池の材料となる硫化物系固体電解質の量産に向け、硫化リチウムの大型製造装置「Li2S 大型装置」の建設を決定している。Li2S 大型装置により、固体電解質の中間原料である硫化リチウムの製造能力を世界トップクラス（蓄電池の容量で換算して年間3GWh）に拡大し、原料から中間原料、製品までの一貫したバリューチェーンの構築を推進中だ。Li2S 大型装置の建設予定地は同社の千葉事業所（千葉県市原市）敷地内で、2027年6月に完成を予定している。

Li2S 大型装置の建設予定地［クリックで拡大］ 出所：出光興産

　出光興産 専務執行役員 先進マテリアルカンパニープレジデントの中本肇氏は、「Li2S 大型装置の生産能力は年産1000トン（t）で、この量は5〜6万台分のEV用全固体電池の硫化物系固体電解質を製造できる量だ。Li2S 大型装置で製造した硫化リチウムを用いて、パイロットプラントで硫化物系固体電解質を生産する。生産した硫化物系固体電解質はトヨタに納品され、バッテリーEV向け全固体電池の材料として使用される。トヨタは2027〜2028年に全固体電池を用いたバッテリーEVを発売するため、その時期に間に合う形でLi2S 大型装置および硫化物系固体電解質を量産できる大型パイロットプラントを完成させ、稼働させていく」とコメントした。

　硫化リチウムの原料となる硫黄成分は、千葉事業所などにある製油所の脱硫工程で原油から抽出しているため安定して確保できる。出光興産 執行役員 リチウム電池材料部長の三品鉄路氏は「1000tの硫化リチウムで必要な硫黄成分は千葉事業所の製油所の脱硫工程において年間で抽出される硫黄成分の数％にも満たないため確保は容易だ。なお、脱硫工程で抽出される硫黄成分は飼料や肥料に利用されているが、より付加価値を付けられないかと考え、硫黄成分を使用した硫化リチウムおよび硫化物系固体電解質の開発はスタートした」と語った。

　出光興産の硫化物系固体電解質は「柔らかい」という性質を備えているため、電池の充放電に伴う体積変化が起こった際にも、電極と電解質の間に隙間（空隙）ができにくく、性能劣化を抑えられるという強みがある。

出光興産が開発した「硫化物系固体電解質」［クリックで拡大］ 出所：出光興産

　一方、硫化物系固体電解質は、製造装置における化学反応や加熱により、硫化リチウムなどを含むμmサイズの粉体を加工して生産するため、スケールアップするほど粉体の品質管理が難しい。つまり、小型実証プラントでは粉体の全体に化学反応や加熱を施せた技術も、大型パイロットプラントでは通用しないということだ。現時点では大型パイロットプラントに実装する硫化物系固体電解質の量産技術は確立していない。しかし、同社は石油化学と樹脂の開発で培ってきた粉体／固体の取り扱いノウハウや設備のスケールアップの知見もある。

　加えて、粉体の状態と動きをコンピュータ上でシミュレーションする流動解析も活用している。これにより、設備設計の最適化や効率的な製造プロセスの構築を目指しているという。2026年以降も引き続き、同社は量産化に向けて、流動解析やプロセスインフォマティクスなどの情報科学を用いて、最適な製造プロセスの構築を進めていくと考えられる。

　また、硫化物系固体電解質の生産を推進している他のメーカーでも、製造プロセスの最適化に向けこれらのデジタル技術の活用を検討するとみられる。