全固体電池とは？仕組み・メリット・デメリット、課題・実用化の現状からGX社会での可能性まで徹底解説
全固体電池は次世代EVと再エネを変える究極の電池です。本記事では仕組み・利点と課題、実用化ロードマップ、トヨタの全固体電池取り組みなど最新動向まで詳しくわかりやすく解説します。
全固体電池とは？仕組み・特徴をリチウムイオン電池と比較してわかりやすく解説
全固体電池とは、一言でいえば電池内部の電解質を液体から固体に置き換えた次世代のリチウムイオン電池です。
従来のリチウムイオン電池では、正極と負極の間を可燃性の有機溶媒からなる液体電解質が満たし、それをセパレータで仕切ることでイオンの移動経路を確保しています。これに対し全固体電池では液体電解質の代わりに固体電解質を用いるため、「中身すべてが固体」の構造になります。
固体電解質自体が電極間を満たすため原理上セパレータは不要となり、電池構造がシンプルになる点も特徴です。現在主流のリチウムイオン電池を一歩進化させた「次世代電池」が全固体電池だと捉えるとイメージしやすいでしょう。
全固体電池ってなに？液体の代わりに「固体電解質」を使う次世代電池
「全固体電池」は文字通り、内部の電解質がすべて固体で構成された電池です。
英語では“All-Solid-State Battery”と呼ばれます。従来のリチウムイオン電池では有機溶媒の液体電解質中をリチウムイオンが行き来することで充放電しますが、全固体電池ではガラスやセラミックス、高分子などの固体電解質を介してイオンが移動します。
この構造の違いにより、全固体電池はリチウムイオン電池の弱点を補う「ゲームチェンジャー」として注目され、次世代EV用（電気自動車）電池の本命の一つとみなされています。
全固体電池にもいくつかタイプがあります。固体電解質の素材で大きく無機系（セラミックス系）と高分子系に分かれ、さらに無機系の中でも形態によって薄膜型とバルク型に分かれます。薄膜型はすでに小型デバイス向けに実用化されていますが容量が小さく、EV駆動用には不向きです。
EV用途として期待されているのは、粉末状の無機固体電解質を使ったバルク型全固体電池で、現在各社が重点的に研究開発しているのはこちらです。
つまり「全固体電池」と一括りに呼ばれていても、実際には複数のタイプがあり、その多くは「液体電解質を固体に置き換えた電池」という共通原理の上に成り立っている、という整理が重要です。
リチウムイオン電池との違い｜構造・安全性・性能の観点で整理
全固体電池と従来のリチウムイオン電池の違いは、構造と使用材料に集約できます。
構造面では、リチウムイオン電池は正極（リチウム化合物）・負極（炭素質など）・液体電解液・セパレータで構成されます。一方全固体電池では、正極・負極の間を固体電解質が連続的に満たし、セパレータを置く必要がありません。
材料面では、リチウムイオン電池の電解液が可燃性の有機溶媒なのに対し、全固体電池では不燃性の無機セラミックスや難燃性ポリマーを用いるため、安全性が大きく向上します。例えば、村田製作所の酸化物系全固体電池は「燃えない」「熱に強い」といった特性を持ち、ウェアラブル機器への搭載で安全性と信頼性を高められると報告されています。
性能面でも大きな違いがあります。全固体電池は理論的にはより高いエネルギー密度を達成でき、同じ容量・重量でより多くの電力を蓄えられる可能性があります。固体電解質により、理論容量が非常に大きいリチウム金属負極など高容量材料を比較的安全に使いやすくなり、その結果として「エネルギー密度2倍」といった性能向上が各社から目標値として掲げられています。
急速充電性能も大きな魅力です。固体電解質は高温下でも安定なため、大電流を流しやすく、イオン移動経路の設計次第で充電時間を現在の3分の1程度まで短縮できるとの試算もあります。
さらに、全固体電池は安全装置や冷却機構の簡素化により電池パック全体の小型・軽量化にも寄与します。可燃性電解液を使わないぶん、過度な冷却システムや厚い外装が不要になり、そのスペースをセル容量に回せるからです。
東京工業大学・菅野了次教授の試算では、全固体電池をEVに搭載した場合、必要な安全装置を削減することでコンパクトな設計が可能になり、一回の充電での航続距離を200kmから500km程度まで伸ばせるポテンシャルが示されています（あくまで設計次第の理論的見積もり）。
このように、構造・安全性・性能の三点で従来電池を上回りうるポテンシャルを持つことが、全固体電池の大きな特徴です。
なぜ今、全固体電池が注目されるのか？歴史や、EV・再エネ・産業利用との関係
全固体電池のコンセプト自体は新しいものではなく、1970年代から研究が始まっていたと言われています。当初は固体電解質のイオン伝導性が低く内部抵抗が大きかったため、高出力化が難しく「実用には向かない電池」と見なされてきました。
それが近年になって脚光を浴びるようになった背景には、（1）材料科学のブレークスルー（2）EV・再エネ拡大という社会的ニーズの高まり、の二つがあります。
技術面では、室温で液体並みのイオン伝導性を示す固体電解質材料が相次いで発見され、全固体電池の性能が飛躍的に向上しました。
トヨタと東京工業大学の研究グループはNEDOプロジェクトの中で、室温で25mS/cmという非常に高いイオン伝導率を持つ硫化物系固体電解質（いわゆる超イオン伝導体）を報告し、現行LIBの3倍以上の高出力特性や広い温度範囲での優れた充放電性能・耐久性を示しました。こうした成果が「全固体でもリチウムイオン電池以上の高出力化が可能」という見方を後押ししています。
一方で、EVの普及と再生可能エネルギー拡大という社会的潮流も、全固体電池への期待を高めています。EVや蓄電システムにリチウムイオン電池は不可欠な存在ですが、エネルギー密度と安全性には物性上の限界があり、「ここから先の飛躍」は技術的に難しいとされています。
商用リチウムイオン電池のエネルギー密度はセルレベルでおおよそ200〜300Wh/kg前後とされ、材料の組み合わせを工夫しても“倍増”させるような伸びしろは小さいとみられています。そのため、全固体電池のような新しいアーキテクチャへの期待が研究コミュニティの主流になりつつあります。
安全性の観点でも、EV火災リスクを下げられる全固体電池への期待は大きく、各国のカーボンニュートラル政策とも連動して大型の研究開発プロジェクトが進められてきました。日本では2018〜2022年にNEDO主導の「先進・革新蓄電池材料評価技術開発」プロジェクトなどを通じて、評価手法・材料開発・事業化検討まで一体的に取り組んでいます。
その結果、全固体電池関連の特許出願では日本勢が依然として世界をリードしており、とくにトヨタは全固体電池関連特許数で世界トップクラスと報じられています。硫化物系固体電解質については、出光興産とトヨタが共同プレスリリースの中で「世界有数の特許保有数」と位置づけられており、材料面のキープレイヤーとなっています。
EVの航続距離・充電時間の課題、安全で高耐久な蓄電技術の不足──これらを一度に改善できる候補として、全固体電池は「夢の電池」として改めて注目を集めているのです。
全固体電池の特徴をメリット・デメリットから徹底解説｜次世代エネルギーを変える3つの革新性
ここからは、全固体電池の特徴を「何がうれしいのか（メリット）」「なぜまだ普及していないのか（デメリット・課題）」の両面から整理します。
全固体電池のメリット｜なぜ「夢の電池」と呼ばれるのか
全固体電池には、従来電池にはないメリットがいくつもあります。中でも重要なのは次の3点です。
- 発火リスクの低い高い安全性
- 小型化・大容量化（高エネルギー密度化）
- 急速充電性能と長寿命ポテンシャル
以下、それぞれを簡潔に見ていきます。
【メリット①】発火リスクが極めて低い、圧倒的な安全性
全固体電池の最大の魅力の一つが、安全性の高さです。
可燃性の有機電解液を使わないため、リチウムイオン電池で問題になる発火・爆発リスクが大幅に下がります。固体電解質は不燃性で液漏れもなく、過充電や内部短絡が起きても燃え広がりにくい構造です。
村田製作所の酸化物系全固体電池は高温にも強く「燃えない電池」として評価され、電子機器搭載時の発熱・発火事故リスクを低減できるとされています。
TDKのセラミック全固体電池「CeraCharge」は−20〜80℃の温度範囲で動作し、リフローはんだ付け工程（約250〜260℃）にも耐えられるよう設計されています。このため、一般的な民生機器の実装プロセスにも対応可能な熱安定性を備えています。
さらに、固体電解質が電極間を直接隔てるため内部短絡（ショート）が起きにくいという利点もあります。リチウムイオン電池ではデンドライト（樹状のリチウム）がセパレータを突き破りショートを引き起こす現象が課題でしたが、固体電解質は機械的強度でこれを抑制できる可能性があります。
結果として、全固体電池は「滅多に火を噴かない電池」として、EV・住宅用蓄電池・ウェアラブル機器など人や建物の近くに置く用途で大きな安心感をもたらします。
【メリット②】小型化・大容量化（高エネルギー密度化）が可能
全固体電池は「より小さく、より多く蓄える」ことを可能にします。
固体電解質によって安全性が高まることで、理論容量の大きいリチウム金属負極などの高容量材料を積極的に採用しやすくなります。リチウム金属負極はグラファイト負極の約10倍の理論容量があるとされますが、従来の液体電解液ではデンドライトや発火の懸念から実用化が難しい素材でした。
全固体電池では、この高容量負極と高電位正極の組み合わせにより、エネルギー密度2倍クラスを目指す研究が進められています。日産は「エネルギー密度2倍・充電時間3分の1・コスト75ドル/kWhを2028年度に実現する」という全固体電池EVの目標を公式に掲げ、横浜拠点に実証ラインを立ち上げています。
また、発火防止のための頑丈な冷却機構やセパレータが不要になることで、電池パック全体の小型・軽量化も期待できます。構成部材を減らし、その分を活物質に振り向けられるため、同じサイズでより大きな容量を持たせることができるわけです。菅野教授の試算では、設計次第で航続距離を200kmから500km程度に伸ばせる可能性が示されています。
小型デバイス向けでもメリットは顕著です。村田製作所がCEATEC 2019で公開した酸化物系全固体電池プロトタイプは、5〜10mm角×厚さ2〜6mmで2〜25mAhという容量レンジを実現し、「業界最高水準の容量」と評価されました。SMD部品として基板に直接実装できるため、ウェアラブル端末やIoTセンサの小型・長時間駆動に向きます。
TDKも、従来の超小型全固体電池と比べエネルギー密度を100倍に高める新材料を2024年に発表しており、ワイヤレスイヤホンやスマートウォッチなどへの搭載を視野に入れています。
【メリット③】EVの常識を変える？急速充電性能と長寿命
全固体電池は充電速度と寿命（サイクル耐久性）でも大きなポテンシャルを持っています。
まず急速充電について。固体電解質は高温下でも安定であるため、充電時の発熱を過度に気にせず大電流を流しやすく、イオン移動経路の設計次第で効率よくリチウムイオンを拡散させられます。その結果、トヨタや日産は「充電時間を現在の3分の1程度に短縮できる」という目標を掲げています。
これが実現すれば、30分かかっていた高速充電が10分程度で済み、「コーヒー1杯の休憩＝充電完了」というEV体験に近づきます。
電池の寿命に関しても、全固体電池には長寿命化のポテンシャルがあります。液体電池では充放電のたびに電解液分解やSEI膜の成長によって徐々に容量が劣化しますが、固体電解質ではこうした副反応を抑え込みやすく、構造的にはサイクル耐性を高めやすいと考えられています。
実際、NEDOの発表では、特定の全固体電池試作セルが低温・高温環境でも良好な充電受け入れ性とサイクル耐久性を示したとされています。村田製作所の全固体電池も「リチウムイオン電池と比べ優れた安全性・耐久性を実現」と評価され、ワイヤレスイヤホンなど長時間連続使用が前提の用途で性能が維持できることが示されています。
もっとも、現状の試作セルでは「繰り返し充放電で性能が落ちやすい」という報告も多く、長寿命はあくまで「設計次第で実現し得る将来像」です。そのギャップを埋めるべく、各メーカーは「EVを30万km走行させた後も容量70%以上を維持できる全固体電池」を目標に掲げ、界面設計や材料改良を進めている段階です。
こうした長寿命が実用レベルで実現すれば、車載ではバッテリー交換頻度低減によるコスト削減、定置用では設備信頼性向上につながり、急速充電×長寿命という組み合わせはEV・蓄電システムの常識を変える可能性があります。
全固体電池のデメリットと課題｜なぜ「実用化はまだ」なのか？
一方で、全固体電池には克服すべき課題もはっきりしています。研究室レベルの性能は向上しているものの、「安く・大量に・長く」動かすためのハードルが残っているためです。ここでは、主な技術課題を3点に整理します。
【デメリット①】製造プロセスや材料コストなどの価格が高い
最も分かりやすい課題はコストです。固体電解質を使った電池を大量生産する確立された手法がまだなく、試作段階では材料費・工程費ともリチウムイオン電池より高くなりがちです。
日産は量産時に「2028年度に1kWhあたり75ドル、その後65ドルまで低減」という野心的な目標を掲げていますが、これは現在のEV用リチウムイオン電池パック（約140ドル/kWh）のおよそ半分にあたります。裏返せば、現状の全固体電池は1kWhあたり数百ドルレベルとみられ、大規模量産によるコストダウンが不可欠です。
コスト高の要因は、製造プロセスの難しさにあります。硫化物系固体電解質は水分と反応して有毒ガスを発生するおそれがあるため、徹底した乾燥環境下での製造が必要です。酸化物系では高温焼結や高圧プレスが必要で、いずれも専用設備への投資がかさみます。
さらに固体電解質自体が高価な材料であるケースも多く、実験室ではゲルマニウムなど高価な元素を添加して性能を稼いでいる例もあります。量産段階では、こうした希少元素を使わず性能を確保する工夫が求められます。
NEDOやグリーンイノベーション基金など各国の支援プログラムでは、こうした生産プロセスの研究開発に重点が置かれており、トヨタと出光興産による固体電解質量産技術・サプライチェーン構築もその一環です。2027〜28年の実用化を視野に、パイロットラインでの製造検証が進んでいます。
【デメリット②】固体電解質のイオン伝導率が液体よりも低い
性能面では、イオン伝導性（出力特性）の確保が課題です。固体電解質は液体電解質ほどリチウムイオンを高速で動かしにくく、材料自体の伝導率が高くても、粒界や電極界面での抵抗がボトルネックになります。
大型セルになると、固体同士の界面をムラなく密着させることが難しく、わずかな隙間がイオンの流れを阻害します。酸化物系電解質は安定性に優れる一方、隙間をなくすためには高温焼結が必要です。
硫化物系は室温で液体並みのイオン伝導率を示し柔らかいため、材料同士を密着させやすい利点がありますが、湿気に弱く取り扱いが難しいという弱点があります。「高性能だがデリケートな硫化物」と「安定だが加工が難しい酸化物」というトレードオフがあり、両者の良いとこ取りをした材料はまだ探索中です。
高分子系固体電解質は常温でのイオン伝導性が低く、ある程度温度を上げないと十分な特性が出ないなど、こちらも課題を抱えています。
総じて、液体電池並みの出力・パワー密度を全固体電池で実現するには、材料開発と製造プロセスの両面で工夫が求められます。ただし、硫化物系の超イオン伝導体発見など前進も多く、トヨタなどは「全固体電池は液系より高出力化が可能」と明言しており、ブレイクスルーが視野に入りつつある段階です。
【デメリット③】充放電による劣化の問題による耐久性
もう一つの大きな技術課題が、充放電の繰り返しによる劣化（耐久性）です。構造的には長寿命が期待される一方、現時点の試作セルでは「何度も充放電を繰り返すと性能が低下しやすい」というギャップが残っています。
主な原因は、充放電に伴う電極の体積変化や界面反応・剥離です。リチウムイオンの出入りで電極が膨張・収縮すると、硬い固体電解質との界面に微小な隙間やクラックが生じ、界面抵抗が増加します。硫化物系では、正極との界面に副生成物が形成されてイオンの流れを阻害する界面安定性の問題も知られています。
また、固体電解質でも条件によってはデンドライトが内部を侵食し、内部短絡を起こす可能性が報告されています。こうした要因により、現時点の試作セルでは数百〜千サイクル程度で容量低下が目立つケースも少なくありません。
一方で、この耐久性の壁に対しても対策は進んでいます。固体電解質と電極の界面に中間層コーティングを施して反応を抑える手法や、機械的に柔軟な固体電解質を使って体積変化に追従させる設計などが試みられています。NEDOでは全固体電池の劣化機構解析と評価技術の標準化に取り組み、どの条件でどのように劣化するのかを可視化しながら対策を検討しています。
劣化メカニズムの理解と材料・界面設計の改良が進み、実用レベルの耐久性が確保できれば、全固体電池は「長寿命で交換頻度の少ない電池」に近づいていきます。逆にいえば、この耐久性ブレイクスルーが、全固体電池の本格普及を左右する鍵と言えます。
全固体電池はどこで使われている？応用分野と導入事例をわかりやすく解説
次に、全固体電池がどこで使われ始めているのか、また今後どこで活躍しそうなのかを、用途別に整理します。現在、実用段階にあるのは一部の小型デバイス向けですが、自動車・エネルギー・電子機器など幅広い分野で開発・試用が進んでいます。
自動車・モビリティ分野｜EV・HEVの走行距離と充電時間を革新
自動車分野は、全固体電池に最も期待が寄せられている領域です。EVやHEV（ハイブリッド車）の航続距離と充電時間という2大課題を根本的に改善しうる技術として、世界中のメーカーが開発競争を繰り広げています。
全固体電池搭載EVが実現すれば、一回の充電で走れる距離が伸び、充電時間は大幅に短縮されます。ガソリン車に近い、あるいはそれ以上に使いやすいEVが登場すれば、普及は一気に加速する可能性があります。
トヨタ・日産など自動車メーカーによる全固体電池EVの研究開発
日本メーカーでは、トヨタと日産が全固体電池EV開発の先頭を走っています。
トヨタは2006年から全固体電池の要素技術研究を開始し、2020年代後半の実用化を目標に掲げてきました。2023年には「2027〜2028年に全固体電池搭載EVを市場投入する」と正式に表明し、ガソリンスタンドでおなじみの出光興産との協業で固体電解質の量産技術・サプライチェーン構築を進めています。特許件数も世界トップクラスで、電池制御技術や量産ノウハウと組み合わせてリードを狙っています。
日産も、世界初の量産EV「リーフ」を送り出した先駆者らしく、全固体電池に積極的です。長期ビジョン「Nissan Ambition 2030」で「2028年度に全固体電池を市場投入する」と明言し、「航続距離2倍・充電時間3分の1・1kWhあたり75ドル」という具体的な目標を掲げています。2022年には横浜に試作生産ラインを公開し、研究段階から実製造段階へ進んでいることをアピールしました。
ホンダも2020年代後半のモデルへの全固体電池採用を目指し、約430億円を投じて実証ライン建設に着手しています。2030年までにEV・FCVのグローバル販売を大きく伸ばす計画の中で、全固体電池を重要要素と位置づけています。
海外に目を向けると、BMWやフォルクスワーゲン（QuantumScapeと提携）、サムスンSDI、GM（SolidEnergyと協業）などが2020年代後半〜2030年代前半の実用化を目標に掲げ、中国のCATLも半固体電池を発表するなど、全固体・準全固体電池開発は世界規模の競争になっています。
ただし特許や材料分野での優位性を見ると、日本企業は依然として強いポジションにあり、官民の支援も相まってトヨタや日産が「世界初の全固体電池EV量産」を実現する可能性は十分あります。
航続距離の延長・充電時間短縮で次世代EV社会を支える技術
全固体電池EVのインパクトを一言で表すと、「航続距離と充電時間の常識が変わる」ことです。
現在のリチウムイオン電池搭載EVでは航続距離300〜400km程度が一般的ですが、トヨタやメルセデス・中国勢の開発ロードマップでは、全固体電池により600〜800km、プロトタイプレベルでは1,000km超級のレンジを目指す計画が公表されています（※いずれも市販前の目標値）。
充電時間についても、高速充電器で数十分かかっていたものが10分前後まで短縮されれば、「休憩＝充電」の感覚で運用できるようになります。「充電時間がネックでEV購入に踏み切れない」という心理的ハードルは大きく下がるでしょう。
当然、充電インフラ側では高出力急速充電器の整備など新たな課題が出てきますが、全固体電池EVは次世代モビリティ社会の重要なピースになると見込まれています。トヨタの佐藤社長が「車の未来を変える鍵は自動車産業とエネルギー産業の連携」と語るように、電池技術を軸に車とエネルギーの境目が溶けていく方向性は変わらないでしょう。
再生可能エネルギー・蓄電システム分野｜安定した電力供給のカギ
再生可能エネルギーの大量導入が進む中、安定供給を支える蓄電システムでも全固体電池への期待が高まっています。太陽光や風力は天候によって出力が変動するため、「余った電力を蓄えて足りないときに使う」バッファーとしての蓄電池が不可欠です。
全固体電池は高い安全性と長寿命ポテンシャルを備えることから、住宅・産業用蓄電池やグリッド規模のストレージへの応用が検討されています。人の生活圏に大容量電池を多数設置する際、「発火しにくい」「交換回数が少ない」ことは大きな価値になります。
太陽光・風力など変動する再エネ電力を安定化させる蓄電システム
太陽光や風力の課題は、「発電のタイミング」と「需要のタイミング」がずれることです。日中の余剰電力を蓄え、夜間や無風時に使うことができれば、再エネだけでも安定供給に近づけます。
そのタイムシフトを担うのが蓄電システムであり、安全性とエネルギー密度の高い全固体電池は有力候補です。住宅の屋内やビルの一角にも比較的安心して大容量電池を置けるため、都市部での分散型蓄電に適しています。
例えば「家庭の屋根に太陽光を設置し、日中の余剰電力を全固体電池に蓄え、夜間はそこから照明や家電に給電する」といった利用イメージです。マンションなどでも各戸に小型蓄電池を置くスタイルが普及すれば、災害時のレジリエンス（災害対応力）向上にもつながります。
日本政府も「再エネ由来電力を無駄なく活用するには高性能蓄電システムが鍵」と位置づけ、次世代蓄電池開発を支援しています。地域マイクログリッドの実証では、昼間の太陽光余剰電力を大型蓄電池やEVに貯め、地域内で融通する取り組みが進んでおり、長寿命な全固体電池が普及すれば、こうした「昼に貯めて夜に使う」サイクルを何万回も回す用途に最適なデバイスとなるでしょう。
スマートグリッドやマイクログリッドでのエネルギーマネジメントに応用
全固体電池は、IoTやAIと組み合わせたスマートグリッド（次世代送配電網）やマイクログリッド（小規模電力網）との相性も良いと考えられています。
スマートグリッドでは、分散した発電設備や蓄電装置をデジタル技術で統合制御し、需要と供給のバランスを最適化します。このとき、「安全で高速応答性の高い蓄電デバイス」を各所に配置できると、きめ細かなエネルギーシフトが可能になります。
全固体電池は急速充放電が可能で発火リスクも低いため、住宅・ビル・EVなどに分散配置してバーチャルパワープラント（VPP）を構成する用途に向いています。例えば、地域内のV2H対応（EVと住宅間の充放電）EVや定置電池をIoTで接続し、クラウド上のAIが天気予報と需要予測をベースに充放電を自動制御すれば、「晴れの日の余剰電力を蓄えて夜に使う」「需給逼迫時に一時的に放電で助ける」といった地産地消型エネルギーマネジメントが実現します。
全固体電池の本格普及はまだですが、その高い安全性と性能により、将来のエネルギーネットワークで「誰でもどこでもエネルギーを安心して使える都市」を実現する重要なピースとなるでしょう。
電子機器・IOTデバイス分野｜小型・軽量化による製品の進化
スマートフォンやウェアラブル端末、IoTセンサーなど、電子機器分野でも全固体電池は注目されています。これらのデバイスでは電池が占める体積・重量の割合が大きく、バッテリー性能が製品の使い勝手を左右します。
全固体電池を採用すれば、同じサイズでより大きな容量を持たせつつ、発火リスクを抑えたままデバイスの小型・高密度化を進めることができます。寿命や自己放電の面でも優れた設計ができれば、IoTセンサーをインフラに組み込む際の「電池交換コスト」を大幅に減らせる可能性があります。
スマートフォン・ウェアラブルデバイス・医療機器への展開
全固体電池の恩恵が大きい電子機器として、スマートフォン、ウェアラブルデバイス、医療機器が挙げられます。
スマホでは、全固体電池の採用により、さらなる薄型化と長時間駆動が期待されます。現在もリチウムイオン電池の改善で容量は増えていますが、内部スペースが限られる中で高容量化と高速充電を両立するには、より高エネルギー密度な電池が有利です。発熱・発火リスクが下がることで、ポケットや枕元での充電も安心感が増します。
ウェアラブルデバイス（スマートウォッチ、フィットネストラッカー、ARグラスなど）では、身体に直接装着するため「小型・軽量・安全」が必須条件です。村田製作所が開発した全固体電池は、数mmサイズで高エネルギー密度を実現しており、ウェアラブル用途を強く意識した設計です。
リチウムイオン電池と比べて安全性・耐久性に優れ、長時間装着するワイヤレスイヤホンなどにも適しています。実際に経産大臣賞を受賞し、「過酷な環境下でも高いパフォーマンスを発揮しうる」と評価されています。
医療機器分野でも、全固体電池の導入が期待されています。体内に埋め込むペースメーカーや人工臓器、体外装着の医療モニターなどでは、電池の安全性と信頼性が生命に直結します。不燃・液漏れなしという特性を持つ全固体電池は、生体へのリスクを抑え、自己放電の少ない設計ができれば電池交換手術の頻度も減らせます。薄型全固体電池を医療用センサーに試用する例も出ており、高温滅菌プロセスにも耐えうることが確認されています。
スマートフォン・ウェアラブル向けでは、Appleの主要サプライヤーであるTDKがエネルギー密度1,000Wh/Lの小型全固体電池材料を開発したと発表し、将来的にコイン電池の置き換えを狙っています。
長寿命化と充電効率化による持続的なユーザー体験の実現
全固体電池の長寿命ポテンシャルと高い充電効率は、ユーザー体験にも直結します。スマートウォッチやワイヤレスイヤホンでは、数年使用するうちにバッテリー持ちが悪くなることが課題ですが、実用レベルで長寿命が実現すれば、「買い替えなくても快適な電池持ちが続く」体験に近づきます。結果として、製品全体の寿命を伸ばし、サステナビリティ向上にもつながります。
自己放電が少なく高速充電に対応できる全固体電池なら、「使いたいときにすぐ使える」利便性も高まります。しばらく使っていなかった機器の電池残量低下が少なく、出かける直前に数分充電するだけで一日持つ -そんな使い方が現実味を帯びてきます。
特にIoT社会では、膨大な数のセンサーを人手で電池交換することは現実的ではありません。ほぼ不要な電池寿命が実現すれば、インフラ運用コストを劇的に下げられます。安全性の高さにより、ユーザーが「電池のトラブル」を意識せずに済む点も大きなメリットです。
なぜ実用化が進まないのか？全固体電池が直面する4つの技術課題
ここまで見てきたように、全固体電池は「高エネルギー密度・高安全性・長寿命」という魅力的な三拍子を備えうる一方で、現時点の実セルでは量産性・出力・耐久性に課題が残っています。この「ポテンシャル」と「現実」のギャップこそが、全固体電池の本質的なテーマです。
以下では、量産化・性能・材料という三つの壁に整理してもう一度眺めます。
【課題①】量産化の壁｜価格と製造プロセスの課題
量産化（＝コスト低減）は、全固体電池最大のハードルです。試作レベルでは高性能なセルが報告されているものの、EV向け大容量セルを安価に大量生産しているメーカーは、2025年時点でまだ存在しません（中国などの「固体電池搭載EV」の多くは半固体・準全固体に分類されます）。
製造プロセスの課題は、固体電解質粉末を電極と均一に混合・成形する工程や、水分管理・ガス処理、高温焼結・高圧プレスなど多岐にわたります。既存のリチウムイオン電池工場とは異なるラインをほぼ一から構築する必要があり、初期投資を含めた量産技術確立が急務です。
価格面でも、量産効果と歩留まり向上によるコスト削減が不可欠です。日本ではグリーンイノベーション基金により次世代電池量産技術開発が支援され、トヨタ・パナソニック・出光興産・村田製作所などが参画するプロジェクトが進行中です。目標は「2028年度までの市場投入と量産技術確立」であり、パイロットラインでの検証と標準化戦略が同時並行で進められています。
トヨタと出光興産による固体電解質量産設備計画は、まさにこの「量産の壁」に挑む取り組みです。出光は千葉県拠点にパイロット設備を設け、2025年までに最終投資判断、2027年の本格稼働を目指しています。
【課題②】性能の壁｜イオン伝導率と耐久性の壁
性能面では、イオン伝導率と耐久性が課題です。固体電解質の材料自体は液体並みのイオン伝導率を持つものも登場していますが、セルとして見たときの界面抵抗・粒界抵抗がネックになります。
一部の試作セルでは液体電池同等以上の高出力が報告されていますが、それを量産セルで再現・安定化できるかは今後の検証が必要です。
耐久性についても、構造的な長寿命ポテンシャルと、現実のサイクル寿命のギャップが残っています。材料・設計・使用条件によって寿命は大きく異なります。
NEDOプロジェクトでは劣化解析と評価手法の標準化が進められており、どの条件でどれくらい劣化するのか、共通物差しで比較できる環境が整いつつあります。性能面の壁は「完全に解決」という段階ではないものの、以前に比べれば確実に低くなってきていると言えます。
【課題③】材料の壁｜安定した固体電解質の開発
材料選択の難しさも、大きなボトルネックです。硫化物系は高いイオン伝導性と高容量化に有利な特性を持つ一方、水や空気に弱く取り扱いが難しいという欠点があります。酸化物系は化学的・熱的に安定で安全性に優れますが、高密度成形のための高温焼結などの工程が必要で、大容量化にもハードルがあるとされます。
村田製作所は安全性を最優先し酸化物系を選択していますが、トヨタや出光興産はEVの航続距離・充電時間課題の解決を重視し、硫化物系に注力する姿勢を示しています。
研究者たちは、硫化物と酸化物の中間的特性を持つハイブリッド材料や、新しい結晶構造を持つリチウム塩など、多様な候補材料を探索中です。同時に、固体電解質単体だけでなく、正極・負極・集電体との組み合わせ全体での最適化が求められています。
出光興産は石油精製副産物からリチウム硫化物（Li2S）を製造する技術を持ち、硫化物系固体電解質の安定供給体制構築を進めています。
将来的に千葉の拠点を世界標準級の固体電解質供給基地にする構想も示されています。
材料の壁を越え、「安価で大量供給でき、かつ高伝導率・高安定性を備えた固体電解質」を確立できるかどうかは、日本が全固体電池競争で優位を保てるかどうかの分水嶺でもあります。
【課題④】市場普及の壁｜インフラ・サプライチェーンの整備の遅れ
技術が整っても、すぐに市場が立ち上がるとは限りません。量産工場の建設、原材料の供給網、評価・安全規格、リサイクル制度、ユーザーの受容性など、市場普及にはインフラ面の課題も多くあります。
現状、全固体電池セルを製造できるラインは各社パイロット段階で、リチウムイオン電池のように世界各地にギガファクトリーが林立する状況になるには時間がかかります。固体電解質の原料供給に関しても、化学メーカーとの連携や国際的な調達ネットワーク構築が必要です。
標準化・規格整備も欠かせません。電池の評価方法や安全規格はリチウムイオン電池前提で作られており、全固体電池に適した基準づくりが進められています。輸送規制やリサイクル法制も同様です。
ユーザー側の受容性という意味では、初期の全固体電池EVは価格が高く、性能もまだ「期待値の一部」に留まる可能性があります。その場合、高級車や特定用途から段階的に導入し、実績を積みながら普及価格帯に広げていくのが現実的なシナリオです。
トヨタがまずHEVへの全固体電池搭載を視野に入れているのは、少容量で高出力・耐久性を実証しやすく、リスクを抑えながら技術を育てられるからです。こうしたステップを踏んで信頼性が確立されれば、本格的な普及フェーズに入っていくでしょう。
最後に、人材育成・技術継承も見逃せません。全固体電池には材料化学・プロセス工学・電気化学など幅広い専門性が必要であり、日本が蓄電池分野で優位に立ち続けるには、継続的な人材投資が不可欠です。
全固体電池の実用化はいつ？開発競争の最前線と今後の展望
では、全固体電池は「いつごろ」「どこから」実用化されるのでしょうか。ここでは、日本のロードマップを軸にしつつ、グローバルな動向も踏まえて整理します。
全固体電池の実用化ロードマップ｜日本がリードする開発競争
日本政府と企業のロードマップでは、2027〜2028年頃が全固体電池実用化の一つの目標時点とされています。これはトヨタ・日産が全固体電池EVの市場投入時期として公表しているタイミングと一致します。
経済産業省の「次世代蓄電池開発」プロジェクトでは2028年度までの市場投入が掲げられ、NEDOのグリーンイノベーション基金の下でパイロット生産ライン構築と量産技術確立が進められています。当初計画より進捗が早く、社会実装を2年前倒しする計画変更が承認された案件もあり、2028年より前に試験的な実用化が始まる可能性も出てきました。
日本がここまで全固体電池に力を入れるのは、リチウムイオン電池での反省があります。技術的には日本発だったにもかかわらず、量産段階で韓国・中国勢にシェアを奪われた経験から、次世代電池では「技術も市場も日本が主導する」という強い意志があります。
欧米や中国も、VW・BMW・QuantumScape・SolidPower・CATLなどがそれぞれのロードマップを掲げていますが、具体的な市販車搭載計画を公表しているのは現時点では日本勢が多く、日本が一歩リードしている構図です。
実用化のフェーズとしては、
- 2020年代前半：村田・TDKの小型全固体電池がウェアラブル・IoT向けに徐々に実装
- 2027〜2028年：トヨタ・日産などによる全固体電池搭載EVが限定的に市場投入
- 2030年代前半：実績を踏まえた本格量産とコストダウン、用途拡大
という三段階が現実的なイメージです。政府も2030年頃を、次世代電池搭載EVの本格普及タイミングとして見据えています。
一方で、Panasonicや中国のCATLなど一部大手電池製造メーカーは、材料・コスト・製造の課題から、2030年代前半までは全固体電池はニッチ用途に留まる可能性が高いという慎重な見方も示しています。
つまり、全固体電池はGXを支える有力候補である一方、「夢の電池が一気にすべてを置き換える」というより、既存リチウムイオン電池や半固体電池と併存し、用途ごとに使い分けられていくシナリオが現実的です。
トヨタは2027〜2028年に全固体電池のEV搭載を発表！量産化に向けた準備が進行
トヨタ自動車は、全固体電池実用化に最も積極的な自動車メーカーの一つです。2023年6月の技術説明会で「全固体電池の耐久性に一定のめどが立った」とし、2027〜2028年に全固体電池搭載車を市場投入する計画を明らかにしました。
この実現に向け、出光興産との固体電解質量産協業を開始し、合同タスクフォースで生産プロセス・サプライチェーン構築を進めています。トヨタ・出光の両社は全固体電池および硫化物固体電解質の特許保有数で世界トップクラスにあり、日本発の技術で世界に先駆けた量産を目指しています。
ロードマップとしては、2025年頃までに基礎技術と試作ラインでの検証を終え、2027〜28年に限定的量産開始、2030年に向けて生産拡大とコスト削減を進めると見られます。
政府の支援プログラム「次世代蓄電池開発プロジェクト」との連携も強化
トヨタを含む日本企業の挑戦を後押ししているのが、日本政府の「次世代蓄電池開発プロジェクト」です。グリーンイノベーション基金の一環として、脱炭素技術に総額2兆円規模を投じる中核テーマの一つが全固体電池など次世代蓄電池です。
NEDOが主管し、材料・セル・評価・リサイクルまでバリューチェーン全体をカバーする包括的な取り組みが進んでいます。トヨタ、日産、本田、パナソニック、村田製作所、出光興産、TDKなどが参加し、大学・公的研究機関とも連携する「オールジャパン体制」です。
政府側は技術開発だけでなく、「標準化を主体的に推進せよ」「顧客との連携を通じて販路を確保せよ」といった実用化・市場戦略まで踏み込んだ要請を行っており、官民が車輪の両輪となって競争力強化を図っています。
最も全固体電池の開発が進んでいるメーカーはどこ？トヨタ・出光・TDKなど主要企業の動向
ここでは、全固体電池開発のキープレイヤーであるトヨタ、出光興産、TDK、村田製作所の動きを簡潔に整理します。
トヨタ｜全固体電池搭載EVの量産化で世界市場をリード
トヨタは、車載システム全体を自社で最適化できる強みを活かし、全固体電池搭載EVで世界をリードする構えです。全固体電池をまずHEVに適用し、その後EVへと展開する「段階的導入」戦略をとることで、リスクを抑えつつ技術を磨いています。
出光興産｜電解質材料の開発で基盤技術を強化
出光興産は、全固体電池のキーマテリアルである硫化物系固体電解質のパイオニアです。石油精製副産物を活用したLi2S製造技術を持ち、トヨタとの協業で2027年頃を目標に大型パイロット設備の立ち上げを計画しています。「硫化物系を世界標準にする」という意欲を示しており、材料サプライチェーンの中核を担う存在です。
TDK・村田製作所｜小型全固体電池の実装でIOT分野を牽引
TDKは2017年に世界初のSMDタイプ全固体電池「CeraCharge」を発表し、IoT機器向けバックアップ電源などに展開しています。2024年にはエネルギー密度1,000Wh/Lの新材料を公表し、ワイヤレスイヤホンやスマートウォッチなどへの用途拡大を見据えています。
村田製作所は酸化物系全固体電池に注力し、多層セラミック技術を活かした小型セルでCEATEC AWARD経産大臣賞を受賞しました。ウェアラブル・IoT向けに実装性の高い電池を提供する方向で開発を進めており、一部製品ではすでに採用が始まっているとされています。
TDK・村田はいずれも電子部品の世界大手であり、両社が全固体マイクロ電池を標準部品として普及させれば、IoT機器全体の電源アーキテクチャが変わる可能性があります。
GX社会における全固体電池の可能性と、アイ・グリッド・ソリューションズが描く未来
最後に、全固体電池がGX（グリーントランスフォーメーション）社会で果たす役割を、アイ・グリッド・ソリューションズの取り組みを例に考えてみます。
現時点で、アイ・グリッド・ソリューションズのGX City構想やR.E.A.L. New Energy Platform®で使われている蓄電技術は主にリチウムイオン電池など既存蓄電池です。しかし、将来全固体電池が実用化・低コスト化されれば、「より安全で設置自由度の高い蓄電モジュール」として組み込まれていく余地があります。以下ではその将来像をイメージとして描きます。
全固体電池がもたらすGX社会の新たなエネルギー循環モデル
GX社会では、エネルギーの地産地消とカーボンフリー化が進み、地域が自らの再エネで需要をまかなう循環型エネルギーモデルが理想とされます。全固体電池は、そのモデルを支える重要なツールです。
建物や施設の屋根に太陽光パネルを設置し、日中発電した電力を各所に置かれた全固体電池に蓄える。蓄えた電力を夜間や雨天時に放出し、不足分を補う。余剰電力は地域内の電池間で融通する -こうしたループが回れば、再エネの変動を吸収しつつ地域のエネルギー自給率を高められます。
全固体電池は安全性が高いため、住宅街やオフィスビル内への設置でも心理的ハードルが低く、「家に蓄電池を置くのが怖い」という声を減らすことができます。長寿命化が進めば、自治体や地域事業者も安心して多くの蓄電池を導入でき、災害時には各家庭・施設の電池が非常用電源として機能し、地域のレジリエンス向上にもつながります。
アイ・グリッド・ソリューションズと始める、グリーンエネルギーが循環する未来「GX City」
こうしたGX型エネルギーモデルを実ビジネスとして推進しているのが、アイ・グリッド・ソリューションズです。同社は「エネルギーの地産地消」をキーワードに、商業施設や自治体と協働して地域内再エネ循環を実現する「GX City®」構想を掲げています。
アプローチはシンプルかつ実践的です。まず工場や店舗の屋根・駐車場上にオンサイト型太陽光発電所を導入し、新たな開発行為を伴わずに発電所を増やします。そこで発電した電気をまず自家消費し、余った分を蓄電池やEVに貯めて時間帯シフトすることで、地域内で電気をぐるぐる回す仕組みをつくります。
地方銀行や自治体と連携したオンサイトPPA事業も全国的に展開しており、すでに数百社・千か所規模の発電所が稼働中です。経産省・環境省のモデル事業にも採択され、自治体と共同で地域電力の循環利用実証を行うなど、GX Cityコンセプトの実装が各地で進んでいます。
将来的に、このモデルに全固体電池が加われば、安全性・効率性の両面で「次の段階」に進めます。商業施設のバックヤードや屋上に大容量の全固体蓄電池を設置し、火災リスクを抑えながら大量の電力を貯蔵する。停電時にも安定して電力供給を続けられる防災拠点としての価値も高まります。
全固体電池の充放電サイクル寿命が十分長くなれば、ピークシフトや周波数調整などのグリッドサービスにも活用しやすくなり、アイ・グリッド・ソリューションズのようなサービスプロバイダーは、より高度なエネルギーマネジメントを低コストで提供できるようになります。
AI・IOTで実現する、「R.E.A.L. New Energy Platform」による全体連携ネットワーク
アイ・グリッド・ソリューションズはGX City構想を支える技術基盤として、「R.E.A.L. New Energy Platform®」を開発しています。これはAI・IoT・クラウドを組み合わせた再エネ電力の統合管理システムで、全国に点在するオンサイト太陽光・蓄電池・EV充電器・EMS・需要家を一つのプラットフォームでつなぐものです。
AIが発電量・需要を予測し、IoTデバイスが太陽光・蓄電池・空調・EV充電器など複数の設備を同時に制御、クラウドが外部パートナーとのオープンな連携を担う――この三つを組み合わせることで、施設単位から地域全体まで再エネの自給率を高めることができます。
実際の画面では、再エネ利用状況や電池残量、EV充放電スケジュールなどが一目で分かるようになっており、エネルギーの流れの「見える化」と人とAIの協調判断を支えています。
ここに全固体電池が加わると、AI予測に基づいたきめ細かな蓄電・放電制御を、より安全に、より高い頻度で行えるようになります。余剰電力が出そうなら事前にEVや定置電池へ充電し、需給逼迫が予測されれば空調などを微調整してピークカットする、といったバーチャルパワープラント（VPP）機能を、全固体電池の急速充放電性能と長寿命ポテンシャルが後押しします。
R.E.A.L.プラットフォームのビジョンは、点在するGX City同士をつなぎ、日本中に仮想的な巨大グリーングリッドを広げることです。これは物理インフラとデジタル制御を融合した新しいエネルギー網であり、全固体電池のような革新技術が加わることで、いっそう現実味を帯びてきます。
以上、全固体電池の基礎からメリット・デメリット、応用分野、実用化ロードマップ、そしてGX社会との接点までを駆け足で整理しました。2025年時点ではまだ黎明期の技術ですが、各方面で研究開発と社会実装の準備は着実に進んでいます。
全固体電池は、安全性と性能を兼ね備えた“夢の電池”への最有力候補として、日本のGXを支え、世界のエネルギー・モビリティの姿を変えていく可能性を秘めています。今後数年の動きが、未来のエネルギー地図を大きく左右することになりそうです。
アイ・グリッド・ソリューションズのGXソリューションはこちらからご覧ください。
