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全固体電池とは？全固体電池AS-LiB®の開発メーカーカナデビア（株）が解説目次
全固体電池とは？メリットや開発状況・市場予測について全固体電池は、液体電解質を固体材料に置き換えた新世代の電池です。
従来のリチウムイオン電池に比べ、高い安全性、長寿命といった多くのメリットを持っており、様々な分野で注目されています。 本記事では、全固体電池「AS-LiB®」の開発メーカーであるカナデビア株式会社が、全固体電池の特徴やメリット、開発状況、そして市場予測について詳しく解説します。 一般的な全固体電池とは？全固体電池は、従来のリチウムイオン電池と異なり、電解質として固体材料を使用する電池で、電解液を全く用いない固体材料のみで構成される電池です。全固体電池は、電解液を部分的に用いた半固体電池や固体電池と区別されます。以下に全固体電池の特徴とその利点を簡潔に説明します。
一般的な全固体電池の特徴
一般的な全固体電池の特性について容量，電圧難燃性の無機固体電解質を使用した全固体リチウムイオン電池は，化学的安定性や安全性が高いため，従来のリチウムイオン電池では電解液の分解や材料の電解液への溶出等の課題、または安全上の問題で使用できなかった高容量材料，高電圧材料を適用できる可能性があります。そのため、高容量化や高電圧化が可能となり、電池のエネルギー密度の向上にも期待がかかります。 寿命，劣化電解液を用いた従来のリチウムイオン電池等では、リチウムイオンの移動と同時に、陰イオンも移動するなど反応が複雑です．陰イオンが電極に堆積して全体的な反応を阻害するなど、正反応以外に副反応が多数生じるため、劣化要因が多数存在します。一方で、全固体リチウムイオン電池では、固体電解質の中で陽イオンとなるリチウムイオンのみが移動するため、相対的に反応がシンプルとなります。 結果的に副反応や劣化要因が少なくなるため、一般的に長寿命の電池系であるといわれています。 入力，出力，充電時間電解液を用いた従来のリチウムイオン電池では、リチウムイオンは溶媒をまとって移動するため、本質的に移動抵抗を持ち、黒鉛負極などの層状化合物へのインターカレーションを阻害すると言われています。一方で、固体電解質を用いた全固体リチウムイオン電池では、固体電解質の中で、リチウムイオンは自由に移動できるため、本質的にはとても速くリチウムイオンが移動することができると言われています． このため、全固体リチウムイオン電池には、入力密度や出力密度の向上、つまり急速充電や急速放電を期待する声もあります。 本質的には急速充放電が可能であると言えるものの、全固体リチウムイオン電池ではすべての反応が固体-固体界面（点接触）で生じることから、従来のリチウムイオン電池のような液体-固体界面（面接触）に近い理想的な反応界面を設計しなければ、急速充放電のポテンシャルは引き出せないことになります。 一般的な全固体電池のメリット・デメリットとは？一般的な全固体リチウムイオン電池のメリット全固全固体リチウムイオン電池は、従来の電解液系リチウムイオン電池と比較して多くのメリットがあります。 安全性の向上液漏れの心配なし全固体電池は電解液を使用しないため、液漏れのリスクがありません。これにより、電子機器の設計や運用において安全性や信頼性が大幅に向上します。特に医療機器や電気製品など、安全性が求められる製品に適しています。また、可燃性で有害な液体の液漏れによる火災や健康被害のリスクも低減されます。 発火リスクの低減固体電解質は難燃性であるため、発火、発煙や破裂のリスクが従来のリチウムイオン電池に比べて大幅に低減されます。特に高温環境や衝撃に対して安全性が高いため、航空宇宙機器や電気自動車など、安全性が最優先される用途において有利です。関連記事：燃えない、漏れない、安全性の高い全固体電池AS-LiB® 可燃性ガスの発生なし全固体電池は発熱による可燃性ガスの発生がなく、発火、発煙や破裂のリスクがありません。これにより、過酷な環境下でも安全に運用でき、耐久性の向上長寿命全固体電池は劣化が少なく、長寿命を実現できる可能性があります。固体電解質は化学的に安定であるため、充放電サイクル数が増加し、長期間の使用が可能です。これにより、メンテナンスコストの削減にもつながります。 また、固体電解質はリチウムイオンのみを移動させる物質です。そのため、副反応が抑制され、劣化の少ない長寿命な電池が実現可能になります。 高温・低温耐性全固体電池は広範な温度範囲で安全に動作し、特に高温環境下での性能が優れています。これにより、航空宇宙や砂漠や火山など極地での使用が期待されます。また、寒冷地でも性能が維持されるため、幅広い用途での適用が可能です。高エネルギー密度の可能性全固体電池はリチウムイオン電池よりも高いエネルギー密度を実現できる可能性があり、技術が進展することで高性能な電池となることが期待されます。 これにより、スマートフォンやノートパソコンの使用時間が延長され、消費者の利便性が向上します。 さらに、ドローンやウェアラブルデバイスなど、軽量性やコンパクト性が求められる新興分野での応用も期待されています。 関連記事：全固体電池AS-LiB®の用途と事例紹介 一般的な全固体電池のデメリット全固体電池には多くのメリットがある一方で、従来の電解液系リチウムイオン電池と比較していくつかのデメリットも存在します。 製造コストが高い全固体電池の製造コストは、現時点で従来のリチウムイオン電池に比べて高くなっています。これは、大量生産技術がまだ確立されていないためで、コスト削減が普及の鍵となります。特に、全固体電池特有の材料や製造設備が必要なため、 初期投資が大きく、商業化へのハードルが高いのが現状です。 技術的な課題電極と固体電解質の接触抵抗固体電解質と電極の界面での抵抗が大きく、これがイオン伝導や電子伝導を妨げる要因となっています。この問題を解決するためには、材料の最適化と製造技術の向上が必要です。特に、界面の接触抵抗を低減する技術が求められます。 エネルギー密度の課題現時点ではリチウムイオン電池と同等のエネルギー密度を実現できていないのが現状です。固体電解質の性能向上と高密度電極の開発が進めば、全固体電池の高エネルギー密度化が促進され、軽量化や小型化が進み、様々な応用分野での利便性が高まります。温度依存性全固体電池の固体電解質は低温下でのイオン伝導性が低下するため、これが性能に影響を与えることがあります。低温環境での性能向上には固体電解質材料の改良や、電極と固体電解質の接触抵抗低減が必要です。また、高温環境での安定性も確保する必要があります。全固体電池にはまだ多くの技術的課題が残されていますが、これらの課題が解決されることで、全固体電池の普及とともに、より安全で効率的なエネルギーソリューションとしての活用が期待されます。 一般的な全固体電池とリチウムイオン電池との比較 まとめ
一般的な全固体電池に期待される用途とは？以下では、全固体電池の具体的な応用可能性が指摘されている6つの分野について、その期待されるメリットと用途例をわかりやすく解説します。 航空宇宙分野での応用宇宙空間や高空を飛行する航空宇宙分野では、機器が極寒から高温まで厳しい温度差や真空環境にさらされます。従来の液体電解質を用いる電池は真空や極端な温度環境で性能維持が難しく、安全のため衛星の内部に収納して温度管理を行う必要がありました。 一方、全固体電池は液体を含まないため膨張せず真空下でも安定して動作でき、-40℃から120℃といった広い温度範囲で使用できる試作例も報告されています。この特長から、宇宙開発では人工衛星や月面探査ローバーへの搭載が期待されています。 例えば将来、月面に設置する観測機器や小型ローバー、さらに大容量化が進めば大型の探査車両にも全固体電池を活用できる可能性があります。高真空かつ温度変化の激しい環境でも安定動作が期待できることから、宇宙機器のみならず高高度を飛行する航空機器においても次世代の安全な電源技術として注目されています。 航空宇宙分野では信頼性が最優先されるため、発煙・発火しにくく長寿命な全固体電池の実用化が進めば、将来の宇宙ミッションや次世代航空機の設計に大きな恩恵をもたらすと期待されています。 ドローン分野での応用ドローン（無人航空機）の分野でも全固体電池への期待が高まっています。 現行のドローンはリチウムイオン電池で飛行しますが、飛行時間や充電時間に課題があります。全固体電池はリチウムイオン電池よりエネルギー密度が高く、副次的な化学反応が少ないため寿命が長いと期待され、これによりドローンの長時間飛行を実現できる可能性があります。 例えば電池の大容量化と高効率化が進めば、一度の充電で飛行できる時間が飛躍的に延び、長距離の点検・配送ドローンや空撮ドローンの運用効率が向上します。また、全固体電池は急速充電への適性も高いとされ、将来的にはドローンのバッテリーを短時間で再充電して任務に復帰させることも可能になるでしょう。 加えて、ドローンは墜落や衝撃のリスクが伴いますが、全固体電池なら衝撃に強く発火しにくいため、万一の事故時にも被害を抑えられる安全性が評価されています。こうした利点から、物流・農業・災害調査など幅広いドローン用途で全固体電池の活用が模索されています。 実際に国内大手メーカー各社も小型ドローン向け全固体電池の開発を進めており、2020年代後半には実用化し従来は約1時間かかっていた充電を数分程度で完了させる技術も報告されています。ドローン市場では、全固体電池の実用化によって飛行時間の延長と運用効率の飛躍的向上が期待されています。 ウェアラブルデバイス分野での応用スマートウォッチやフィットネストラッカー、ワイヤレスイヤホンなど身体に装着して使うウェアラブルデバイスにも、全固体電池の特性が活かせると見られています。ウェアラブル機器は小型・軽量であることが求められるため、電池もできるだけ薄く小型であることが重要です。 全固体電池は液体を含まない構造上、電池自体のさらなる小型化・薄型化が可能であり、デバイスのさらなる軽量化に寄与します。例えば従来は難しかった曲面や極小スペースへの電池実装も、全固体電池なら形状の自由度が高いため実現しやすくなります。また、スマートウォッチなどは頻繁な充電が手間でしたが、全固体電池での高エネルギー密度化や長寿命化の実現により、充電なしで動作できる時間を延ばしたり製品の電池交換サイクルを長くしたりできると期待されています。 さらにウェアラブル機器は肌に直接触れる場合も多く、安全性が特に重視されます。全固体電池であれば液漏れの心配がなく発熱や発火リスクも低減できるため、人体に密着する用途でも安心して利用できる利点があります。現在、一部ではIoTセンサや医療用ウェアラブル機器などへの試験導入が始まっており、ワイヤレスイヤホンやスマートウォッチへの搭載も期待されています。全固体電池の実用化が進めば、身に着けるデバイスのデザインや使い勝手が飛躍的に向上すると考えられます。 軍事・防衛分野での応用軍事・防衛の分野でも、全固体電池は将来的な携行電源として期待されています。 野外で活動する部隊にとって、電子機器や通信機器のためのポータブル電源は欠かせません。全固体電池は高エネルギー密度化や軽量化が期待されることから持ち運びやすいうえ、安全性が高いため、野戦環境での電源として有望視されています。 例えば兵士が携行する無線機やGPS装置、暗視装置などに全固体電池を用いることで、装備全体の軽量化と長時間運用が可能になります。また、極寒の冬や酷暑の砂漠といった過酷な環境下でも性能を維持しやすいため、全固体電池は従来のバッテリーでは動作が不安定だった場面でも信頼性の高い電源を提供できます。 さらに、軍事用途では車輌や基地設備の非常用電源としても全固体電池の活用が検討されています。ミサイルや宇宙ロケットなど一部の特殊用途では既に固体電池系の技術が使われてきた実績がありますが、今後はより高性能な全固体リチウム電池によって戦闘車両や無人偵察機の電源を飛躍的に向上させる可能性もあります。 総じて、充放電を繰り返しても劣化しにくい長寿命特性と、衝撃下でも安全な高い堅牢性を兼ね備える全固体電池は、将来の軍事分野における電源技術の革新につながると考えられています。 無停電電源装置（UPS）での応用無停電電源装置（UPS）は、停電や電源トラブル時に機器へ電力を供給し続けるバックアップ電源です。データセンターや病院、工場の制御装置など、電源断が許されない重要設備にはUPSが広く使われています。 UPS用バッテリーには鉛蓄電池やリチウムイオン電池が使われてきましたが、近年、全固体電池の特性に注目が集まっています。全固体電池は長期間にわたり高い蓄電性能を維持できると期待され、常時待機状態で置いておくUPSの用途に適していると考えられます。液漏れや発火の危険が極めて低いため、サーバールームなど高価値機器が密集する場所でも安心して設置でき、定期点検の頻度も減らせる可能性があります。 また全固体電池は自己放電（使わなくても徐々に電力が失われる現象）が少ないとされ、必要なときに確実に電力を供給するというUPS本来の役割において信頼性向上が見込まれます。さらに充放電サイクル寿命が長いため、UPS用電池の交換周期を延ばすことができ、結果的に運用コストの削減や廃棄物削減といったメリットも期待できます。現在は実証段階ですが、将来的には大規模データセンターや通信インフラ向けのUPSに全固体電池が採用され、災害時にも長時間稼働を支えるバックアップ電源として活躍が期待されています。 医療機器分野での応用医療機器の分野でも全固体電池への期待は大きく、特に埋め込み型医療デバイスや携帯型の診断治療機器での応用可能性が指摘されています。たとえば心臓ペースメーカーなど体内に植え込むデバイスでは、電池交換のための手術回数を減らすべく電池の長寿命化・高信頼化が求められます。全固体電池は化学的に安定で劣化しにくく寿命が長いため、この点で理想的な電源候補です。 また体内利用では絶対的な安全性が必要ですが、全固体電池ならば液漏れやガス発生がなく安全性が極めて高いことが大きな利点です。実際、心臓ペースメーカー向けには古くから固体電解質を用いたリチウム電池（リチウムヨウ素電池）が実用化されており、その高い信頼性が知られています。 加えて、全固体電池は小型化が容易なため体内への収まりも良く、将来的に埋め込み型デバイスのさらなる小型・軽量化に寄与するでしょう。一方、病院で使う機器でも全固体電池の特性は魅力です。例えば内視鏡や手術用の医療器具は高温高圧のオートクレーブ（滅菌器）で滅菌されますが、耐熱性の高い全固体電池であれば高温滅菌に耐えるバッテリーとして機器内蔵電源に用いることが検討されています。 さらに人工呼吸器や携帯型心電計など、災害時にも動作が求められる生命維持・監視装置においては、信頼性が高く長持ちする全固体電池がバックアップ電源となることで安心感が高まります。このように、医療機器市場では安全性・信頼性と長寿命を兼ね備えた全固体電池への期待が非常に大きく、研究開発や試験運用が進められています。 全固体電池用途まとめ全固体電池は、高い安全性とエネルギー効率を備えた次世代電池として、幅広い分野で応用が進みつつあります。それぞれの業界で求められる要件（安全性、長時間稼働、耐環境性など）を満たす特性を持つため、航空宇宙から日常のウェアラブル機器に至るまでその活躍が期待されています。 現在は研究段階のものも多いですが、試作品の実証や一部用途での実用化が着実に進んでおり、2020年代後半には市場投入が計画されるケースもあります。全固体電池の本格的な普及が実現すれば、より安全で効率的なエネルギー利用が可能となり、私たちの生活や産業の在り方に大きな変革をもたらすでしょう。 一般的な全固体電池の市場と今後の可能性とは？市場規模の予測近年、全固体電池は、主に電解質に液体ではなく固体材料を採用することで高い安全性や長寿命化を実現し、次世代の蓄電デバイスとして注目を集めています。 従来のリチウムイオン電池と比べ、液漏れや発火リスクが低いことが特長であり、さらに高エネルギー密度化や高速充電性能への期待も高まっています。 一方で、現段階では材料研究や量産技術の開発が進行中であり、製造コストや生産規模の課題を解消するにはもう少し時間を要すると見られています。とはいえ、世界的な温室効果ガス削減目標の強化や電気自動車をはじめとするモビリティ・産業分野での導入が進むにつれ、研究開発および社会実装への動きは加速傾向にあります。 今後は、より広範囲の分野における活用に向けた取り組みが拡大し、次世代エネルギーソリューションとして一層注目を集めることが期待されます。 実用化・量産化を目指して各社開発中現在、多くの企業が全固体電池の実用化を目指して開発を進めています。
素材メーカーをはじめ、自動車メーカー、スタートアップ企業などでも日々開発と研究が進められています。 一部の用途や業界では、実用化が進行中全固体電池は、まだ多くの分野で実用化されているわけではありませんが、一部の用途や業界では、すでに実用化が進んでいます。 例えば、小型電子機器や医療機器など、高性能かつ安全な電池が求められる分野では、全固体電池の採用が進んでいます。 具体的に、全固体電池の開発はどこまで進んでいるのか。 安全性と高性能が注目される次世代電池の開発状況や技術的課題について知りたい方は、以下コラムをご覧ください。 関連記事：全固体電池の実用化に向けた開発状況と技術的課題を解説 全固体電池AS-LiB®独自の製造方法一般的な硫化物系全固体電池は従来の電解液系リチウムイオン電池の製造方法と同じ塗布式製法を採用しており、有機溶媒を用いた原料のスラリー化、集電体への塗布、電極や固体電解質シートの乾燥、加圧、積層といった工程を経て電池を形成します。 この製法は、既に確立されたものである一方、乾燥によって有機溶媒を除去した後に空隙ができてしまい、粒子間の界面形成を阻害するため、電池性能が低下する要因となります。 このような構造の全固体電池は充放電時に電池を締め付けるための機械的加圧（拘束治具）が必要であり、全固体電池製品化への大きな障壁の一つとなっています。 そこで当社は塗布方式を採用せず、有機溶媒等液体を一切使用しない乾式による全固体電池の製造方法を開発しました。 当社が得意とする、成膜技術、粉体加工技術、加圧成形技術を用いて、有機溶媒を用いずに原料粉体を成膜し、均一に加圧成形することで、完全乾式製法で電極層や固体電解質層を形成することが可能となりました。有機溶媒の乾燥プロセスがないため、電極内に空隙が残存することがありません。 これにより、電池動作時でも拘束治具のような機械的加圧を用いることなく、全固体電池を動作させることに成功しました。  燃えない、液漏れしない、安全性の高い全固体電池AS-LiB®AS-LiB®は従来のリチウムイオン電池と異なり、電解液を使用しないため、液漏れの心配がありません。 また、従来の電池が可燃性電解液を使用していたのに対し、AS-LiB®は難燃性の固体電解質を採用しているため、発火や爆発のリスクが低く、安全性が高いことが特徴です。 さらに、発火や発煙、破裂のリスクが低いことが実証されており、AS-LiB®1000mAhセルの釘刺し試験においても、発火や発煙、破裂などのイベントは起こらず、AS-LiB®の温度上昇は30℃程度に留まっています。これにより、AS-LiB®は非常に安全で信頼性の高い次世代電池であることが確認されています。  関連記事：全固体電池に関わる認証試験とAS-LiB®の認証取得状況について 環境への影響が少ないVOC排出の低減全固体電池は製造過程で乾燥が必用となる有機溶媒を使用しないため、揮発性有機化合物（VOC）の排出が少なく、環境負荷の低減が期待されます。これにより、環境規制が厳しい地域や産業での採用が進むことが予想されます。全固体電池AS-LiB®の製品ラインナップ
AS-LiB®は上記のとおり、様々な容量タイプがあります。 今後は、高容量化・高エネルギー密度化に向けて、開発を進めています。 全固体電池AS-LiB®の特殊環境での用途全固体電池AS-LiB®は高温・低温・真空環境でも安全に使用できる特長を有しています。 そのため、半導体製造装置等の産業機械、航空宇宙機器、医療機器などへの用途展開を行っています。 ▼想定用途
全固体電池AS-LiB®の用途事例紹介AS-LiB® 55mAhセルの用途事例紹介
半導体製造装置向けウエハー型温度測定器「WAFER LOGGER(開発中)」は、シリコンウエハー上に直接回路を実装し、ケーブルなしで温度を計測、記録できるものとなっております。
AS-LiB®を適用することにより、より過酷な環境（高温、低温、真空）での動作、測定が可能となります。 AS-LiB®140ｍAhセルの用途事例紹介航空宇宙機器への使用（高低温）カナデビア株式会社の全固体電池AS-LiB®は揮発成分を最低限に抑えた電池構成を実現し、真空環境でも大きく膨張することがありません。 2022年に国際宇宙ステーション（ISS）に向けてAS-LiB®を搭載した全固体電池軌道上実証装置（Space AS-LiB）を打ち上げ、その後世界で初めて宇宙暴露環境（1.0×10-5 Pa）で全固体リチウムイオン電池の充放電が可能であることを確認するとともに、1年以上にわたる長期の充放電サイクル運用（562サイクル）を達成することができました。 Space AS-LiBは2023年12月に宇宙から地球に帰還し、当社築港工場にて解体分析調査などを行っております。宇宙実証後の容量維持率は96.8%で地上の評価実績と同等であり、長期間の繰り返し使用を見込める結果が得られました。 関連記事 JAXAと日立造船との共同研究 世界初、宇宙での全固体リチウムイオン電池の充放電機能を確認
【本実証実験で使用した全固体リチウムイオン電池の概要】 カナデビアが開発した全固体リチウムイオン電池 サイズ：65mm×52mm×2.7mm 質量：25g 容量：140mAh（15セル並列接続により約2.1Ahの電源として使用） カナデビアの全固体電池AS-LiB®の認証状況について140ｍAhセルでは、UL認証(UL62133)を取得済であり、UN38.3試験も実施済です。 いずれの試験でも発火・破裂等のイベントは起こらず、合格しています。 なお、将来的には高容量タイプのセルでも安全性試験を行う予定です。 カナデビア（株）の全固体電池メーカーとしての役割近年、エネルギー分野での革新が求められる中、全固体電池はその高い安全性と効率性から注目を集めています。 カナデビアは、全固体電池市場において革新的な技術を提供するリーダー企業として、その最先端製品「AS-LiB®」を開発しました。 AS-LiB®の特長とカナデビアがこの分野で果たす役割についてご紹介します。 カナデビア（株）の技術力カナデビアは、全固体電池の研究開発において豊富な経験と高い技術力を有しています。 AS-LiB®の開発においては、材料の選定から製造プロセスの最適化まで、全ての工程で革新的なアプローチを取り入れています。 特に、電極層や固体電解質層の均一性を確保する技術や、電極と電解質の接触抵抗を低減する技術において、他社に先駆けた成果を挙げています。 さらに、カナデビアは、AS-LiB®の連続生産に向けた設備投資検討を進めており、将来的にはコストの削減と市場拡大を目指しています。 また、産業界との連携を強化し、様々な企業との協力を通じて、全固体電池の普及を加速させる計画です。 社会的貢献と持続可能な未来カナデビアは、全固体電池AS-LiB®を通じて、安全で効率的なエネルギーソリューションを提供し、持続可能な社会の実現に貢献しています。 AS-LiB®の普及により、再生可能エネルギーの活用が進み、二酸化炭素排出量の削減にも寄与することを目指しています。 カナデビアの全固体電池AS-LiB®は、その優れた特性と高い技術力により、エネルギー分野での新たなスタンダードを築き上げる存在です。 今後も、革新的な技術開発を続け、安全で持続可能なエネルギー社会の実現を目指して邁進してまいります。 |
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執筆者
カナデビア株式会社 開発本部 電池事業推進室
機械加工技術を活用した独自の製造方法によりAS-LiB®（All-Solid-state Lithium-ion Battery)を開発しました。 |
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