日産は半固体ではなく「全固体」電池、懸念される低寿命をNASAや大学と克服：電気自動車（3/3 ページ）

日産自動車は2022年4月8日、2028年度の実用化を目指す全固体電池の開発状況を発表した。

[齊藤由希，MONOist]

　材料の選定だけでなく、セルの設計も並行して研究開発が進められている。全固体電池は薄膜の正極や負極を重ねて製造するが、正極や固体電解質、セパレーター、負極はそれぞれ密着しなければならない。界面を密着させるには圧力をかけるが、圧力をかけすぎてもいけないし不均一でもいけない。

　圧力が不均一な場合、高い圧力の場所は抵抗が小さく、低圧部では抵抗が大きくなる。抵抗が小さい一部にイオンの通り道が集中すると、そこを起点にリチウム析出と短絡が起きてしまうためだ。シビアな面圧のコントロールが求められるが、設計プロセスは液系のリチウムイオン電池と共通する部分があり、これまでのノウハウが生かされる。

　正極と負極を積層するペースは現在毎秒1〜2枚となっている。車両として搭載したときに振動や熱の影響を受けることを考慮して製造することが求められるが、積層の精度を求めすぎると生産にかかる時間が長くなる。要求される精度を担保できる生産技術が重要になる。

既存のリチウムイオン電池の内製で培った技術を全固体電池にも応用する［クリックで拡大］ 出所：日産自動車

全固体電池の安全面の対策

　全固体電池ならではのメリットとして重量エネルギー密度の高さに期待を寄せているが、リチウムイオンをより多く蓄え、引き出せるようにするには正極の容量を増やし、セパレーターをいかに薄くできるかがポイントになる。「固体電解質を20ミクロンまで薄くできているが、割れたり、かけたり、ピンホールができたりといった製造上の課題をクリアする必要がある」（土井氏）

　重量エネルギー密度が2倍に高まるということは、その分リスクも高まると日産自動車はみている。また、硫化物系の電解質を使うため、水分と反応して硫化水素が発生することも想定して製品化する必要がある。くぎ刺し試験などを通じて、硫化水素の発生などに至らないことを確認したが、今後もさまざまな故障モードでの安全性の検証を進めていく。

　また、材料の選定によって、硫化水素の発生量が大きく異なることも明らかにした。水分と反応した際、硫化水素を発生させながらコーティングされたような状態になり、ある段階で硫化水素の発生が止まる。その表面変化の時間が材料によって異なるのだという。また、ラミネートセルの設計によって硫化水素が発生する量が異なり、材料やセルの設計によって安全面をコントロールできる手応えを示した。

　ラミネートセル関連や安全、品質を作り込むプロセスは全固体電池だけでなく液体のリチウムイオン電池とも共通する重要な技術だと位置付けている。

材料の選定だけでなく、生産や設計も同時並行で進めている［クリックで拡大］ 出所：日産自動車

全固体電池もまずはリユース、そのあとでリサイクル

　全固体電池は、液系のリチウムイオン電池と比べて保管中の劣化が起きにくく、リユースで有利になると見込む。

　現在の液系のリチウムイオン電池と同様にまずはリユースした後でリサイクルとなるが、全固体電池に特化したリサイクルよりも、今のリサイクル技術で何が全固体電池にも応用できるかを重視する。固体の材料をどう分離してリサイクルするかという全固体電池に特有の難しさもある。

　「今の液系リチウムイオン電池も同様だが、CO₂排出が増える長いプロセスを経て電池材料に戻すのかどうか。リサイクルできる材料に直接戻すダイレクトリサイクルが可能になれば、コスト的にも資源としても有利なリサイクルができるので、研究を進めている」（土井氏）

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