ソフトバンク、全固体電池の高エネルギー密度化に成功

ソフトバンクとEnpower Japanは、正極‐固体電解質層の界面抵抗の低減や、固体電解質の重量比削減などの高エネルギー密度化の技術開発に成功し、リチウム金属負極を用いた全固体電池セルでの重量エネルギー密度300Wh/kg級の実証に成功した。

リチウムイオン電池は、イオン伝導体として有機電解液を使用するが、全固体電池は固体電解質を使用する。このため全固体電池は、これまでリチウムイオン電池で課題となっていた電解液の発火や液漏れなどのリスクが低く、安全性が高いという特長がある。また、固体電解質は、電解液と比べて物質が安定した状態にあるため、寿命特性や温度特性の向上、作動電圧範囲の拡大などが期待される。

一方で全固体電池は、界面形成と重量増加という課題がある。固体電解質の場合、液体とは異なり正極活物質‐電解質の界面の密着性が低いことや、イオン伝導に関わる界面抵抗の増加が原因で、電池容量の減少、出力特性や寿命特性の低下が起こる傾向があり、電極材料と固体電解質の間に良好な界面を形成する必要がある。

重量エネルギー密度300Wh/kgの電池セル

また、電解液と比較して比重が大きい固体電解質を使った全固体電池では、電池の重量が増加し、重量エネルギー密度(Wh/kg)が現在のリチウムイオン電池より低くなる傾向もあった。

こうした課題解決のため両社は、正極‐固体電解質層の界面抵抗の低減や、正極合材中の固体電解質の重量比削減、固体電解質層の薄膜化などの技術開発に成功し、リチウム金属を用いて全固体電池セルを作製。重量エネルギー密度を300Wh/kgまで向上させることに成功した。この数値は、従来のリチウムイオン電池セルの最高値と同等になる。

全固体電池とは、イオン伝導体に固体電解質を用い、電池の内部が全て固体で構成されている電池。液体成分が数パーセントでも含まれているものは全固体電池とは呼ばず、固体電池や疑似固体電池、半固体電池などと呼ばれる。全固体電池は固体電池などと比較して、作動温度範囲や作動電圧範囲の拡大、寿命特性や出力特性などの向上が期待されている。