トヨタのEVに載る全固体電池用正極材、強みとは：EV向け高機能材料インタビュー

トヨタ自動車が2027〜2028年の実用化を目標に掲げる「全固体電池」。その重要材料である正極材開発のパートナーに選ばれたのは住友金属鉱山だ。同社へのインタビューを通して、両社が試行錯誤の末に開発した正極材の特徴や現状について深掘りする。

[遠藤和宏，MONOist]

　電気自動車（EV）の製造では、走行距離の延長や安全性と性能の向上を目的に、軽量化を図れる材料、バッテリーやモーター、パワー半導体の熱マネジメントを行う高熱伝導性材料、パワーユニットの高性能化を後押しする次世代半導体材料、バッテリー材料などの高機能材料が求められている。

　こういった状況を踏まえて、本インタビュー連載ではさまざまなメーカーが注力するEV向け高機能材料の取り組みを紹介する。

　住友金属鉱山とトヨタ自動車は2025年10月に、電気自動車（EV）に搭載する全固体電池の正極材の量産に向けて共同開発契約を結んだと発表した。

　住友金属鉱山 執行役員 電池材料事業本部長の川田宗一氏に、両社が開発した正極材の特徴や現状の課題、今後の展開について聞いた。

正極材のさまざまな特性を改善できる粉体合成技術

　全固体電池は、主に正極、負極、固体電解質から成り、電解液を使用した液系電池と比べて、小型化、高出力、長寿命のポテンシャルを持つ次世代の電池だ。EVに搭載した場合、走行距離の拡大や充電時間の短縮、高出力化などの性能向上が見込まれ、トヨタ自動車では2027〜2028年の実用化を目指している。

　両社は、全固体電池用の正極材について2021年頃に共同研究を開始し、研究テーマの1つとして、充放電を繰り返す中で生じる正極材の劣化という課題に取り組んでいた。

住友金属鉱山 執行役員 電池材料事業本部長の川田宗一氏

　川田氏は「当社では以前から、ニッケル水素電池や液系のリチウムイオン電池など、さまざまな電池に向けた材料の研究開発をトヨタ自動車と一緒に行っており、この流れもあり全固体電池用の正極材を2021年に共同で本格的に開発するに至った」と振り返る。

　その上で、「当社は日本の中でニッケルの精錬を行っている唯一の会社だ。フィリピンの鉱山から中間製品を作り、それを日本に運んできてニッケルを精製し、電池材料を供給できるという一貫体制を有している。ニッケル系リチウムイオンバッテリーの原料となるニッケルを自社で生産し、安定的に供給できるというところが強みとして、トヨタ自動車に評価されている」と触れた。

　充放電を繰り返す中で生じる正極材の劣化という課題への解決策として、住友金属鉱山独自の粉体合成技術を活用し、全固体電池に合った「耐久性に優れた正極材」を両社で新たに開発した。

　「粉体合成技術は、これまで当社が『資源』『製錬』『材料』の3つの分野を有機的に連携させて磨いてきた技術だ。例えば、粒子の内部構造を原子レベルで制御したり、粒子の形状をコントロールしたりできる。併せて、粒子の表面に表面改質コートを施すことで、特定の機能性を付与する技術も含まれる」と川田氏は説明する。

　さらに、「例えば、正極材に求められるのは『電気抵抗をできるだけ下げる』ことだ。粉体合成技術の表面改質コートによってそれに貢献したり、内部の組成を制御することでバッテリーの容量を大きく増やしたりといったことが行える。耐久性の向上など、さまざまな特性も改善できる」と補足した。

全固体電池の構造（左）と全固体電池用正極材（右）［クリックで拡大］ 出所：住友金属鉱山

　今回の正極材の開発では苦労した点もあったという。「液系電池と全固体電池は内部構造が異なり、正極材に求められる特性が違う。そのため、『正極材の粉体をどういうデザイン（粒子の形状や組成）にすれば、求められる特性が出るか』は試行錯誤の連続だった」（川田氏）。

　既に同社はラボベースにおける正極材の基礎開発を完了している。川田氏は「現在は、ラボレベルから一段階上の『ベンチスケールプラント』のような規模で、生産技術の検証や量産化に向けた検討を行っているところだ。最初は数gからスタートし、段階的に生産量を高めている。これは液系の電池開発でも踏んできたステップだ。その量産ノウハウを今回も生かしている」と述べた。

　併せて、トヨタ自動車では2027〜2028年の全固体電池の実用化を目指していることから、住友金属鉱山は正極材の最終的な微調整を進めているという。「固体電解質との相性を見て抵抗をさらに下げたり、容量を上げたりしている他、粒子形状の制御やコート技術の検討などを実施している」（川田氏）。トヨタ自動車では今回の正極材を用いて全固体電池を組み上げて性能評価も行っている。

　また、住友金属鉱山は2025年12月に、車載用二次電池材料（正極材）の研究開発を行う電池研究所（愛媛県新居浜市）において、第2開発棟が完成したと発表した。

　第2開発棟には、次世代電池材料、特に全固体電池向けの正極材とその生産プロセスの開発を加速するため、中規模の実証試験を行うことが可能なパイロット設備を導入する。

　第2開発棟にパイロット設備を導入することで、電池材料を生産する自社の磯浦工場（愛媛県新居浜市）と同様に、晶析から焼成まで正極材の一貫した開発体制が電池研究所内に整備される。新たに開発する電池材料についても、量産体制と同様の工程を介して、材料の特性評価や、顧客へのサンプル提供、量産設備の課題検証などをすることが可能になる。

電池研究所第2開発棟［クリックで拡大］ 出所：住友金属鉱山

　川田氏は「第2開発棟に導入されるパイロット設備は、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）のグリーンイノベーション基金事業『次世代蓄電池／次世代モーターの開発』の補助対象で援助を受けている。この設備を用いて、第2開発棟では、全固体電池を含む次世代電池の研究を行う。また、『電池の評価技術』も確立したいと考えている。バッテリーメーカーでの評価は一般的に数カ月かかるが、自社で迅速に評価し、『こういう良い材料ができた』と提案できる体制にすることで、開発スピードをさらに加速させる」と強調した。

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