この記事で分かること

住友化学のハロゲン系固体電解質

　住友化学はEV（電気自動車）向け全固体電池の基幹部材である「ハロゲン系固体電解質」の2028年度での量産を計画しています。

　これまで全固体電池の開発で主流とされてきた材料の弱点を克服し、「高い電池性能」と「製造コストの抑制・安全性の向上」を両立させる期待の第3の選択肢として注目を集めています。

　トヨタ自動車や日産自動車、ホンダなどの主要自動車メーカーは、2020年代後半（2027〜2030年頃）における全固体電池搭載EVの実用化・本格投入を掲げています。

　住友化学が掲げる2028年度の量産化はこの市場立ち上がり期に合致しており、同社にとっても従来のセパレータ事業などに続く「次世代電池材料の柱」として事業化を急ぐ構えです。

固体電解質とは何か

　固体電解質とは、「固体でありながら、電気を帯びた粒子（イオン）をスムーズに通す特殊な材料」のことです。

　通常、食塩水やスマートフォンに使われるリチウムイオン電池の電解液のように、イオンを通す役割（電解質）は「液体」が担うのが一般的でした。

　これをカチカチの「固体（セラミックスや高分子など）」に置き換えたものが固体電解質です。

固体の中をイオンが通れる仕組み

　本来、固体の原子は整列して固まっているため、大きなイオンが通り抜けるのは困難です。

　しかし、固体電解質は結晶構造のなかにあらかじめ「イオンが移動できるスキマ（トンネル状の道や空隙）」を持っています。

　 電圧がかかると、リチウムなどのイオンがこのスキマを次々と飛び移りながら（ホッピング伝導）、内部を移動することができます。

なぜ今、世界中で注目されているのか（液体との違い）

　従来の「液体電解質（電解液）」を固体化することで多くのメリットが生まれます。

項目	従来の液体電解質（電解液）	固体電解質
安全性	可燃性の有機溶媒を使用するため、発火・液漏れのリスクがある	燃えにくく液漏れもしないため、安全性が大幅向上
構造・サイズ	液漏れを防ぐための強固なケースや冷却構造が必要	構造を単純化でき、電池を薄型化・積層（高密度化）しやすい
温度・電圧耐性	高温で劣化しやすく、高電圧をかけると分解しやすい	高温や高電圧に強いため、急速充電や高出力化に有利

固体電解質の主な4つの系統

　電池用として開発が進む固体電解質は、化学組成によって主に4つのタイプに分かれます。

• 硫化物系: イオンが最も動きやすく高出力。全固体電池の本命とされるが、水と反応すると有毒ガス（硫化水素）が出るため製造管理が非常に厳しい。
• 酸化物系: 大気中で安定しており安全性が最高。ただし硬いため、電極とスキマなく密着させにくい。
• ハロゲン系: 硫化物系並みの高い出力性能と、大気中での扱いやすさ・安全性を併せ持つ「第3の選択肢」（住友化学などが量産化を推進）。
• ポリマー（高分子）系: 加工しやすく安価だが、常温でのイオン伝導性が低いため高温での使用に限られる。

電池以外の身近な応用例

　全固体電池の話題で脚光を浴びていますが、実は固体電解質自体は昔から身近な場所で使われています。

• 自動車の酸素センサー: 排気ガス中の酸素濃度を検知するため、酸素イオンを通すセラミックス（ジルコニア系固体電解質）が使われています。
• 固体酸化物形燃料電池（SOFC）: 家庭用エネファームなどで、高温で動作して高い発電効率を発揮する燃料電池にも用いられています。

ハロゲン系の特徴は何か

　ハロゲン系固体電解質の最大の特徴は、既存の本命視されていた「硫化物系の高い性能」と「酸化物系の安全性・扱いやすさ」を兼ね備えた“いいとこ取り”のバランスにあります。

1. 硫化物系に匹敵する「高いイオン伝導性」

　塩素（Cl）や臭素（Br）などのハロゲン元素を用いることで、内部のイオンがスムーズに移動できます。

　これにより、全固体電池の大きな課題である「急速充電」や「高出力化」を達成しやすい性能を持っています。

2. 高電圧に強い（高い酸化安定性）

　電気化学的に分解しにくく、高い電圧（4.5V〜5V級）に耐えられます。これにより、高電圧に対応した正極材料と組み合わせることが可能になり、電池全体のエネルギー密度（航続距離）を引き上げやすくなります。

3. 柔らかく、電極とスキマなく密着する

　酸化物系のようにガラスや焼き物のように硬すぎず、適度な変形性（可塑性）を持っています。圧力をかけて固めるだけで電極粒子としっかり密着するため、イオンの通り道（界面）の抵抗を低く抑えることができます。

4. 有毒ガス（硫化水素）発生リスクが極めて低い

　性能面で先行する硫化物系は、空気中の水分（湿気）と反応すると有毒な硫化水素ガスが発生するため、厳密な気密設備が必要です。ハロゲン系はこのリスクが極めて低く、安全性が大幅に向上します。

5. 製造コストと工場設備の負担を減らせる

　大気中・低湿度環境での扱いが比較的容易なため、電池工場に超精密な除湿・排気設備を導入する必要がありません。

　結果として工場の設備投資額（CAPEX）や歩留まりの改善、ひいては電池の低価格化につながります。

　「トップクラスの性能を持ちながら、燃えにくく・有害ガスを出さず・工場で作るのも簡単」 という、EV向け全固体電池の量産・普及におけるボトルネックを解消する第3の選択肢です。

ハロゲン系での量産化での課題は何か

　ハロゲン（ハライド）系固体電解質は「高い出力」と「優れた安全性」を両立できる有望な材料ですが、車載向けなどの大規模な量産に向けては主に4つのハードルが存在します。

1. 負極（金属リチウムなど）との還元耐性

• 課題: ハロゲン系は正極側（高電圧）での耐久性は非常に高い反面、負極（金属リチウムや黒鉛など）に直接接すると還元分解しやすい性質があります。
• 対策: 負極側に耐還元性のある薄い保護層（または硫化物系など）を挟むハイブリッド構成にするか、負極側でも分解しにくい耐還元性ハロゲン組成の開発が必要です。

2. 吸湿性（湿気）と設備の防食対策

• 課題: 硫化物系のように猛毒の硫化水素を大量発生するリスクは極めて低いものの、ハロゲン化合物（塩素や臭素など）は空気中の湿気を非常に吸いやすい（吸湿性が高い）性質があります。
• 影響: 水分を吸うとイオン伝導性が低下するほか、製造ラインの金属部品や配管に腐食（塩害）を引き起こす恐れがあるため、工程内の低湿度管理や装置の防食設計が求められます。

3. 原料コスト（レアメタル依存からの脱却）

• 課題: 初期に発見された高性能なハロゲン系材料には、イットリウム（Y）、インジウム（In）、スカンジウム（Sc）といった高価な希少金属（レアメタル）が多く使用されていました。
• 対策: 現在はジルコニウム（Zr）、鉄（Fe）、アルミニウム（Al）などの安価な汎用元素に置き換える研究が主流となっており、安価な高純度原料のサプライチェーン構築が進められています。

4. 大容量かつ均一な合成プロセス

• 課題: フラスコや実験室レベルでの合成から、車載電池用にトン単位で高品質な結晶構造を安定して連続合成する技術はまだ確立の途上です。
• 対策: 固相法や液相法など、コストを抑えつつ均一な粒子サイズで作るスケールアップ技術の開発が進められています。

　住友化学をはじめとする開発各社は、「汎用金属への置き換えによるコスト低減」と「耐湿性・耐還元性を高める分子改質」を軸に、2028年前後の量産ライン立ち上げに向けた技術開発を加速させています。