リチウムイオン電池（LIB）を超える高容量の革新電池の開発が、2030年頃の実用化を目指して進められている。可能性がある蓄電池として「全固体リチウムイオン電池」、「リチウム硫黄電池」、「リチウム空気電池」などがあげられる。中でも、全固体リチウムイオン電池への期待度は高い。
現時点で、全固体リチウムイオン電池は、LIBに比べてエネルギー密度が高く、安全性・耐久性に優れ、急速充電が可能であるが、車載用のバルク型全固体LIBの量産技術は確立されていない。
全固体リチウムイオン電池の開発動向
全固体LIBの仕組み
次世代電池の本命とされてきたのは、安全性に優れ、高エネルギー密度の全固体リチウムイオン電池（All-solid-state Lithium Ion Battery）である。電解液を固体電解質に換えるのが特徴で、固体電解質の探索や様々な正極材料、負極材料との組合せの検討が行われている。
全固体リチウムイオン電池（全固体LIB）の基本構成は、セラミックスなどの固体電解質を使用するため、従来のLIBと比べて電解液とセパレーターが不要となり、正極活物質や負極活物質に高容量な材料の採用が可能となる。車載用の全固体LIBは、開発途上にある。
正極材料はLIBで使われてきたコバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、NCM（ニッケル・コバルト・マンガン）などが検討されている。また、負極材料には既存の炭素（黒鉛）が主流で、チタン酸リチウム、シリコン系、ケイ素、リチウムなども検討されている。
固体電解質は硫化物系と酸化物系に分類され、様々な材料が検討されてきた。2016年に硫化物系で有機電解液に匹敵するリチウムイオン導電率のLi10GeP2S12（LGPS）やLi9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3が見出され、室温での加圧のみで電極と固体電解質の接合が可能なため、注目を集めている。
硫化物系は硫黄（S）を含み、水分とSが反応すると有害な硫化水素（H2S）が発生するため、安全対策が必要になる。BEVなど主に大容量電池への適用が進められている。一方、酸化物系は硫化物系と比較すると安全性は高いが、主に小容量電池への適用が進められている。
一方、全固体LIBは製造方法により原材料の粉や粒を固めて製造するバルク型全固体LIBと、真空蒸着法やスパッタ法など気相法で製造する薄膜型全固体LIBに大別される。バルク型は大容量電池が製造可能でBEV向け、薄膜型は小容量であるが長寿命のために小型デバイス用途の開発が行われている。
固体電解質を使う全固体LIBは、現時点でもエネルギー密度が400～500Wh/kgと高く、液漏れや発火の危険性も極めて低い。また、超急速充電（10分以下）性能の向上や、寒冷地での性能劣化防止なども目指して開発が進められている。
しかし、固体電解質を使うために、充放電による電極の膨張・収縮で界面はく離を生じて性能が劣化する問題が生じている。また、現状の生産コストはLIBの4倍超ともいわれ、BEV向けのバルク型全固体LIBの量産技術は確立されていない。
全固体LIBの開発動向
2018年9月、NEDO事業「先進・革新蓄電池材料評価技術開発」の第1期（2013～2017年度）に続き、企業23社が参加する100億円規模の第2期（2018～2022年）の全固体電池開発プロジェクトが、技術研究組合「リチウムイオン電池材料評価研究センター（LIBTEC）」のもとで進められた。
2022年３月、経済産業省は官民協議会で「全固体電池に集中投資」した政策について異例の反省を表明した。全固体電池の開発が遅れ、半固体LIBやリチウム硫黄電池などの出現が影響している。早急に次世代電池の開発戦略を再構築する必要がある。
自動車メーカーの動向
2018年6月、ドイツ・フォルクスワーゲン（VW）は全固体電池を2025年までに実用化すると発表。中国電池大手Ganfengと提携し、2020年8月には100MWhの全固体電池パイロット生産ライン計画を発表、2024～2025年の量産を目指している。従来LIBと比較して2〜10倍の容量を目指している。
また、米国の全固体電池ベンチャー企業Quantam Scapeの株式を取得し、2018年に1億ドル、2020年に最大2億ドルの追加投資を行った。
2020年8月、トヨタ自動車は、全固体電池を搭載した試作車のナンバーを取得して試験走行を実施した。2021年9月には、全固体LIB電池をハイブリッド車から採用していく方針を発表した。
2021年8月、Mercedes-Benz（メルセデスベンツ）は、2030年までにBEVだけを生産すると発表し、カナダのHydro-Québecと全固体電池技術の開発で提携、その後も、米国スタートアップ企業Factorial Energy、ステランティス、現代自動車との共同開発契約を締結している。
また、2022年1月には台湾のProLogium Technologyとも共同開発で合意している。
2021年10月、米国ゼネラル・モーターズ（GM）は2022年半ばにミシガン州に車載電池の開発拠点を設けると発表した。LIBの生産コストを6割低減する目標に取り組み、韓国のPOSCO Chemicalと提携してリチウムメタルと全固体電池の開発に注力する。
2021年10月、韓国の現代自動車と傘下の起亜は、全固体電池開発の米国スタートアップFactorial EnergyとBEV向け全固体電池の共同開発契約を締結した。全固体電池について自社主導で先行開発し、搭載車の量産を2027年に開始すると公表した。
全固体電池は航続距離：500km以上で、18分で容量の80%まで充電できる。Factorial Energyは、Mercedes-Benz、ステランティス、現代自動車との共同開発契約により、全固体電池の実用化を目指しており、2022年にパイロット生産施設の建設開始を予定。
2021年11月、日産自動車は、全固体LIBの量産時期を2028年と公表した。自社開発の全固体LIBを搭載したBEVの市場投入を目指し、電池の量産化に向けたパイロットラインを、2024年度までに横浜工場内に設置する予定。
電池コストについて、2028年度に75ドル/kWh、その後、65ドル/kWhまで低減可能（BEVがガソリン車と同等のコストレベルになる価格）としている。
2022年１月、本田技研工業は全固体LIBの量産時期を2030年と公表した。開発中の全固体LIBについて実証ラインの建設を決定し、約430億円を投資して2024年春の立上げを予定し、2020年代後半に投入されるモデルへの採用を目指す。
2023年1月、BMWグループは、米国Solid Power（ソリッドパワー）との共同開発契約を拡大し、ミュンヘン近郊のパルスドルフにあるセル製造コンピテンスセンターに、全固体電池の試験生産ラインを設置すると発表した。
2023年中にソリッドパワーはBMWグループに試験用のフルスケール電池セルを提供し、BMWは2025年までに全固体電池を搭載した実証車を生産、2030年までに市販モデルを投入する計画。
以上のように、現時点で全固体電池開発の先頭を走るトヨタ自動車でも、BEV用に十分なエネルギー密度、出力密度、寿命が達成できたとの発表はなく、2020年代前半とされてきた全固体LIBの量産時期が、2020年代後半にずれ込む可能性が示されている。
蓄電池メーカーの動向
2019年2月、日立造船は、硫化物系固体電解質を用いた全固体LIB「AS-LiB」をサンプルを出荷し、少量生産を開始した。2021年3月に、容量：1mAh、体積エネルギー密度：約 91Wh/L、利用温度：-40～100℃を発表し、人工衛星など特殊環境下での需要を想定している。
2019年６月、中国CATLは「硫化物系全固体LIBは開発中でサンプルも作った。だが、商品化するのは2030年以降になるだろう」と公表した。「現行の液系リチウムイオン電池を効率よく使いこなすことが、コスト面でも航続距離の面でも電気自動車（EV）にとって最善だ」と述べた。
トヨタの技術者によると、「電池セルの価格が50ドル/kWhまで下がってようやく、EVと内燃機関車のパワートレーンのコストは同等になる」という。
2021年5月、日本特殊陶業は酸化物系固体電解質（Li7La3Zr2O12）の全固体LIBを発表した。容量：0.5～10Wh、体積エネルギー密度：300Wh/L、利用温度：－30～105℃で、ispaceの民間月面探査プログラム「HAKUTO-R」の探査機に搭載したが、2023年4月に月面着陸に失敗した。
2021年11月、GSユアサは耐水性を高めた窒素含有硫化物固体電解質の開発に成功し、これを改良して、全固体LIBを2020年代に実用化すると発表。
2021年11月、マクセルはアルジロダイト硫化物系電解質を使用した容量8mAh、直径9mmのコイン形全固体LIBのサンプル出荷を開始した。耐熱性に優れ、利用温度：ｰ60℃～125℃の広い。京都事業所に20億円を投じて生産ラインを構築する。
2022年３月、サムスンSDIは、2023年に小型バッテリー、2025年に中型・大型バッテリーの技術検証を終え、セル組み立て設備をはじめとする新規工法、インフラなどを導入し、2027年中に全固体電池の量産に本格突入する方針を発表。
2015年に硫化物系全固体LIBでエネルギー密が300Wh/kg、2019年に負極側にAg-C複合体を用いた硫化物系全固体電池で体積エネルギー密度900Wh/Lを実現したと発表。正極にはNi90％のZrコートNCM、電解質はアルジロダイト電解質を使用した。
2022年6月、スタートアップの米国Solid Powerは、2022年初頭に自動車生産用の全固体電池のテストを開始しており、EV向け全固体電池セルのパイロット生産ライン設置を完了したと発表した。米国Ford、A123 Systems、Samsung Venture Investmentなどが出資している。
2023年3月、マクセルは京都事業所に20億円を投じ、4月に硫化物系固体電解質を用いた大容量全固体電池の生産ラインを構築し、産業用ロボット向けの量産を開始すると発表。耐用年数が10年程度と長く、耐熱性にも優れている。容量、エネルギー密度は不明である。
全固体リチウムイオン電池の課題
全固体電池の技術開発はトヨタ自動車やパナソニックホールディングスなど日本企業が先行すると言われて久しいが、韓国のサムスンSDIやLG化学など海外勢も追い上げており、BEV向けなどの大規模な量産で日本勢が優位性を保てるかが大きな課題になっている。
英国のスタートアップllika(イリカ)は、薄膜型の酸化物系全固体電池（シリコン負極）の開発を進めている。FiatグループのComuauとの提携で10kWh／週の全固体電池製造ラインを建設し、2022年上半期の初期製品販売を計画している。
また、イリカはEV向けに大型化した全固体電池「Goliath」の開発を進めている。
一方、ベルギーの研究機関imecは、2019年6月に体積エネルギー密度が425Wh/Lと高い固体電解質のLiイオン2次電池（LIB）を開発したと発表。正極活物質にはLFP（LiFePO4）、負極活物質には金属リチウムを採用。ただし、400Wh/L超はLIBの標準的な値である。
2024年には1000Wh/L、しかも充電速度を20～30分に短縮できるとしている。液体電解質を正極材料にしみ込ませ、これを乾燥させて電解質を固体化してから負極を形成するプロセスで、量産時に既存の液体電解質のLIB向け製造装置を多少変更するだけで製造可能としている。
以上のように、車載用全固体LIBの開発に関して、従来は硫化物系のバルク型固体電解質が主流であったが、最近では酸化物系の薄膜型固体電解質の開発でも進捗が認められる。また、半固体LIBやリチウム硫黄電池など新展開も相次いでおり、全固体電池の開発戦略を見直す必要がある。
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