全固体電池
全固体電池は、電解質を液体ではなく固体で構成する二次電池である。可燃な有機電解液を用いないため本質安全性に優れ、高温環境や高エネルギー密度化に適する一方、イオン伝導や電極界面の抵抗上昇が主要課題となる。固体電解質はLiイオン伝導性を担い、硫化物系・酸化物系・高分子系に大別される。量産化では粉末圧密、薄膜成膜、積層・ラミネート、焼結など工程選択が性能・コストを左右する。近年は高出力化に向けた界面改質、デンドライト抑制、低圧作動化、厚極化と急速充電の両立が研究の焦点である。
定義と特徴
全固体電池は、正極・固体電解質・負極から構成され、Liイオンが固体中を拡散する。液漏れやガス発生リスクが低く、セル設計の自由度が高い。外部圧力を印加して電極‐電解質の密着を確保する設計が一般的で、室温付近で高伝導度を示す固体材料の選定が鍵となる。セル形態は積層型（ラミネート）とコイン・円筒・角形が検討され、用途に応じて選択される。
固体電解質の種類
硫化物系は数mS/cm級の室温伝導度と低ヤング率による良好な界面密着性を示すが、水分反応性と硫化水素発生リスクへの対策が必要である。酸化物系（多結晶LLZO等）は化学的安定性と空気安定性が高いが、高温焼結や界面抵抗低減が課題となる。高分子系はプロセス容易性と柔軟性に優れるが室温伝導度は低めであり、ナノフィラーやブロックコポリマー化による改良が進む。
代表材料例
硫化物：LGPS系、LPSCl等／酸化物：ガーネット型LLZO、ペロブスカイト型LATP等／高分子：PEO系複合電解質など。各系で安定電位窓、加工温度、機械特性が異なり、電極材料との化学整合性が設計指標となる。
イオン伝導と界面設計
伝導メカニズムは結晶格子やアモルファス相に形成されたLiサイト間ホッピングで記述され、格子欠陥導入、ドーピング、ガラス化で活性化エネルギーを低減する。界面は最大の抵抗源となり、表面被覆（LiNbO3、Li3PO4等）、相互拡散抑制、界面中間相の形成制御、微量バインダー混合で接触を改善する。リチウム金属負極ではデンドライト貫通を抑えるため、臨界電流密度の向上と機械的強度・イオン導電率の両立が求められる。
室温伝導度の目安
実用設計では固体電解質で≥1 mS/cm、複合電極体での有効導電率確保、全セルでの面内・スルー方向抵抗低減が一つの指標となる。
セル構造と製造プロセス
厚膜正極（数十〜百μm級）と薄膜固体電解質を積層し、暫定的に数MPa程度の外圧を付与して低界面抵抗を実現する。プロセスは、粉末プレス→層間ラミネート→熱処理、あるいはテープキャスティング・スリットダイ塗工・スパッタ/ALDによる薄膜化など多岐にわたる。水分管理と硫化物粉末の取り扱い、酸化物の高温焼結（粒界抵抗低減）、複合電極の導電ネットワーク最適化が歩留まりを決定する。
安全性と信頼性
電解液不使用により引火性が抑制され、熱暴走連鎖のリスクが低い。ただし短絡時の局所発熱、界面相のガス発生、封止の長期信頼性評価は不可欠である。加圧条件の変動で内部抵抗が変化するため、筐体設計とガスケット選定も重要となる。
性能指標
エネルギー密度（Wh/kg, Wh/L）、出力密度（W/kg）、内部抵抗、臨界電流密度（mA/cm2）、サイクル寿命、自己放電、動作温度範囲が主要KPIである。厚極化と高速拡散を両立するため、トータスティ構造の最適化、導電助剤（carbon系）分散、バインダー量と機械的強度のバランスが設計上の論点となる。
応用分野
電動車（EV）では高エネルギー負極（Li金属）と高電圧正極（Ni富化層状、富Mnスピネル等）と組み合わせた長航続化が期待される。定置型蓄電では安全性と温度安定性、ウエアラブル・医療では薄膜化と形状自由度が利点となる。航空・宇宙では低温特性と信頼性が評価指標となる。
技術的課題
（1）界面抵抗と界面劣化の抑制、（2）成形・積層プロセスの大面積均一化、（3）低圧作動化と筐体簡素化、（4）Li金属の安定化とデンドライト抑止、（5）コストとスループット、（6）リサイクルプロセスの確立が中心課題である。異種材料の熱膨張係数差や反応相生成を考慮した材料組み合わせが必要となる。
設計・材料選択のトレードオフ
硫化物系は高伝導と低温プロセス性に優れるが環境許容性対策が要る。酸化物系は化学安定だが高温焼結と高接触圧が課題となりやすい。高分子系は柔軟で界面適合に優れるが室温性能の底上げが鍵である。用途別に、エネルギー密度重視ならLi金属＋高電圧正極、出力・耐久重視なら複合化・薄膜化など、設計の優先順位を定める。
規格と評価
インピーダンス分光（EIS）による界面抵抗分離、直流分極での臨界電流密度評価、加速寿命試験、釘刺し・過充電耐性などの安全試験が標準化の対象である。セル規模と測定治具のばらつき管理、温湿度制御、外圧条件の明示がデータの再現性を支える。
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