全固体電池（ぜんこたいでんち、略:SSB）とは、陽極と陰極間を固体電解質が担う電池である。理論的には、全固体電池は典型的なリチウムイオン二次電池やリチウムポリマー電池よりもはるかに高いエネルギー密度を提供する。
この中で有機固体電解質や一部に液体電解質を使うものを半固体電池または固体電池と呼び、無機固体電解質のみ使うものを全固体電池と呼ぶ業界観点から電解質の液体比率が15%〜5%を半固体、5%以下を固体、0%を全固体と表記することが多い。。この無機固体電解質は不燃性で、リチウムイオンだけを高速で通す理想的なセパレーターの役割を果たす。そのため、簡易な構造と高い信頼性から、現在研究されている高性能二次電池の中で最も期待されている。また二次電池のみならず大容量コンデンサ（スーパーキャパシタ）の上位互換にもなり得る。
全固体電池は、負極に金属リチウムを使用し、正極に酸化物や硫化物を使用できるため、エネルギー密度を高めることができる。固体電解質はリチウムイオンのみを通過させる理想的なセパレータとして機能する。そのため、全固体電池は、可燃性、制限された電圧、不安定な固体電解質界面の形成、不十分なサイクル性能や強度など、現在使用されている液体電解質のリチウムイオン電池の多くの問題を解決する可能性がある。
電解質としての使用が提案されている材料には、セラミックス（酸化物、硫化物、リン酸塩など）や固体ポリマーが含まれる。全固体電池は、心臓ペースメーカーや、RFID、ウェアラブルデバイスなどで使用されている。これらの電池は、強化された安全性と高いエネルギー密度を提供する。広範な普及に向けた課題には、エネルギー密度および出力密度、耐久性、材料コスト、感度、安定性が含まれる。
概要 従来の液体電解質を用いた電池では溶媒に水溶液や有機溶媒を用いる必要が有り、一次電池・二次電池を問わず、電解質の蒸発、分解、液漏れ、発火、劣化といった問題が付きまとってきた液体電解質では移動制限が無いため、液漏れや副反応の進行が生じる。また電気分解電圧が低く、特に水溶液では1.23Vで水が電気分解を起こし水素が発生する。液体は総じて沸点が低く、比較的低い温度で蒸発してしまう。。しかし電解質を不燃性の固体電解質で構成すればこれらの問題を解決する事が可能である。また固体電解質の耐熱性の高さや電気化学的安定性から液体電解質では使えなかった高エネルギー密度の電極材料を使う事が可能となる。その結果、高容量・高出力・高耐熱・高速充電・長寿命・低コスト化が全て実現出来るメリットがあった。
そのため電解質を固体にする研究は以前から幾多の研究者により長年続けられてきたが、実用化に至ったものは一部に限られていた。その課題となっていたものは無機固体電解質のイオン伝導性の低さであった。しかし2011年に東京工業大学の菅野教授らの研究グループによって室温でもリチウムイオンが固体中を液体中より速く移動する「超イオン伝導体」（Li10GeP2S12）の発見に世界で初めて成功し、研究を実用段階へと推し進めた。さらに同研究グループらは2016年に固体電解質の高出力化にも成功し、その他研究機関や企業の研究成果も合わさり2018年から小型の(第1世代)全固体電池が生産されるに至った。近年は電気自動車の普及とともに各国で研究開発が活発化し全固体電池研究ブーム！突破口を開いた研究者が語る最前線デンドロビウムD-1 全固体電地のスーパーEV 目標は1825psSMD対応小型全固体電池”SoLiCellTM”を年内量産開始 ～ 早期の実用化に向けて、量産体制を整備 ～、2026年からは大型で高性能化した(第3世代)全固体電池の生産が複数企業で開始されている。
第1世代の全固体電池には(バルク型・薄膜型)の2種類が有り、電気自動車用途などの大型セル(第3世代)全固体電池ではラミネート型が主で、中国大手自動車メーカー広州汽車集団は2026年から、CATLやサムスンSDIでは2027年から、日産自動車やトヨタ自動車では2028年からの実用化を予定している。
現在実用化されている全固体電池の固体電解質は酸化物系と硫化物系が有り、不燃性で電気化学的に安定という特徴を有している。その中でも硫化物イオンは酸化物イオンと比べて大きな分極率を示すため室温でも高いリチウムイオン伝導率を発揮しており、柔軟性や密着性も待ち合わせ、室温加圧のみで成形が可能など多くのメリットを有している。その為、硫化物系が先行して実用化されていた。現在では酸化物系でも高いリチウムイオン伝導率を発揮する固体電解質が開発されており、これらの固体電解質がリチウムイオンだけを通す理想的なシングルイオン導電体として機能し、高い信頼性と長寿命を発揮している。
半固体電池・固体電池・全固体電池の区分けは業界観点から、電解質の液体比率が15%〜5%を半固体、5%以下を固体、0%を全固体と表記する事が多い。
化学二次電池の理想形とされる理由 全固体電池が化学二次電池の理想形とされる理由は化学物質の酸化還元電位ポテンシャルを最大限に引き出した上で、高い安全性・長寿命・急速充電性能を両立出来るからである。
負極には最低電位の金属リチウムを、陽極には原子価2の化合物として最も電位が高くなる酸化物・次いで硫化物を用いる事で、最大限の電位差を生み出し高いエネルギー密度を実現出来る。その上でこの固体電解質は液体以上に高速でリチウムイオンを通し、リチウムイオンのみ通すシングルイオン導伝体として機能する。
高い耐熱性も待ち合わせている結果、全固体電池は高いエネルギー密度・高出力・高い安全性・長寿命・急速充電性能を両立した理想的な化学二次電池として機能する。また固体電解質の形状安定性からバイポーラ構造にも向いている。ただし、上記で述べた理想的なポテンシャルを引き出すには、物理的に長寿命かつイオン伝導率の高い固体電解質の実現がカギとなる。
現在実用化されている全固体電池はその発展途上にあり、その中でも硫化物系固体電解質が今後の性能向上に注目が集まっている。電池の理想形であるが故に、これ以上の性能向上が見込める二次電池は限られてくる。ハライド系固体電解質や全固体空気電池などがその候補として存在しており、この辺りが現在研究されている化学二次電池の質量エネルギー密度の理論限界にもなってくる金属リチウムを使用した理想形である全固体電池だが、それでも取り出せるエネルギー量だけ見ればガソリンの燃焼エネルギーには遠く及ばない。これは反応熱とは反応性の高さではなく、反応時の化学エネルギー低下量から来るためである。ガソリン内の炭素や水素は燃焼時に酸素と共有結合し非常に低いエネルギー値へと移行する。この時の共有結合はリチウムなどが起こすイオン結合より強力な結合である。また炭素は不対電子を4つも持っており、水素は軽量だが強い酸化エネルギーを発生させる。そのため、質量辺りの反応熱だけ見ればガソリンの方が高いのである。これは全固体空気電池と比べても同じ事である。イオン結合より共有結合の方が強力であり、密度に対して不対電子を多く持つ炭化水素の燃焼エネルギー(反応熱)は全元素中でも最大級となる。正確に見ればガソリンも炭素と水素同士が共有結合をした準安定状態だが、それでも酸化エネルギーは金属リチウムの酸化エネルギーを若干超えている。ただし、共有結合は電池として利用出来る代物ではないので、金属リチウムが電池の還元材として最強の素材という事に変わりはない。そして電力が人類にとって最も有用で効率的なエネルギー媒体で有る事も変わらない。だからこそ電力網に接続可能なエリアにエンジン動力が選ばれる事は無く、残っているエンジン動力を全固体電池が駆逐する可能性を十分に秘めている事も事実で有る。ただし、旅客航空機の離陸から高高度水平飛行に移るまでに必要な電池のエネルギー密度は約800Wh/kg必要とされており、これは硫化物系全固体電池の理論エネルギー密度限界の６割に迫る高さであり、旅客航空機の電動化の難易度の高さが依然として残っている。
理論エネルギー密度(参考)
ガソリン燃焼約12000Wh/kg
金属リチウムの酸化11140Wh/kg
硫化物系全固体電池電池1440Wh/kg
リチウムイオン二次電池370Wh/kg。
歴史 1831年から1834年に、マイケル・ファラデーが固体電解質である硫化銀とフッ化鉛（II）を発見し、固体イオニクスの基礎を築いた。
1950年代後半になると、複数の電気化学システムで銀イオンを用いた固体電解質が採用されるようになったが、エネルギー密度やセル電圧が低く、内部抵抗が高いなど課題は大きかった。1990年代に入ると、オークリッジ国立研究所が開発した新しい固体電解質が登場し、これを用いて薄膜リチウムイオン電池が作られるようになった。
1967年、広範なイオン（Li+、Na+、K+、Ag+、Rb+）に対する高速イオン伝導性であるβ-アルミナの発見により、エネルギー密度を向上させた固体電気化学デバイスの開発が始まった。初期のものは、米国のフォード・モーターおよび日本の日本ガイシで開発された溶融ナトリウム／β-アルミナ／硫黄セルであった。この開発は、ポリエチレンオキシド（PEO）などの有機物と、NASICONなどの無機物の両方における新しいシステムの発見として現れた。しかし、これらのシステムの多くは300°C以上の温度での動作を必要とし、製造コストが高かったため、商業展開とこの分野の研究努力への資金提供が制限された。
1990年代に、オークリッジ国立研究所によって開発された新しいクラスの固体電解質であるリチウムリン酸オキシナイトライド（LiPON）が登場した。LiPONは薄膜リチウムイオン電池の製造に成功して使用されたが、薄膜電解質の堆積に伴うコストと、薄膜フォーマットを使用してアクセスできる容量が小さいため、用途は限られていた。
2011年、フランスの運送企業は、「」というモデルカーを発売した。このモデルカーは、リチウム塩を共重合体（ポリオキシエチレン）に溶解させた高分子電解質を用いた30kWhの金属リチウムポリマー電池（LMP）を搭載していた。固体電池の先駆けである。
2011年に東京工業大学などの研究グループが リチウムに硫黄やゲルマニウムを混ぜることにより、室温でリチウムイオンが固体中を液体中よりも速く移動する「超イオン伝導体」の発見に世界で初めて成功する。その後2016年1月リチウムイオン二次電池の3倍以上の出力特性を持つ硫化物系固体電解質の開発にも成功している。
2017年11月 TDKは世界初となる充放電可能なSMD用全固体電池｢CeraCharge｣を発表した。2018年4月からサンプル出荷が始まり、2019年3月より月産3万個規模で量産が開始された。これに続いて国内の電子部品メーカーが相次いで、サンプル出荷を開始。SMD用全固体電池は主にコンデンサ用途だが、2019年が全固体電池の本格的な量産開始の年となった。
2019年9月からマクセルは硫化物系アルジロダイト型固体電解質を用いたSMD用全固体電池のサンプル出荷を開始、2020年11月には硫化物系固体電解質を用いたコイン形全固体電池の生産設備を小野事業所（兵庫県小野市）に導入し、2021年から量産を始めた。
2021年2月に日立造船は国際宇宙ステーションで全固体電池の実証実験を始めると発表し、2022年2月19日に打ち上げられたシグナス補給船17号機により全固体電池が初めて宇宙に運ばれた。人工衛星などへの活用が期待される。
2022年7月19日、中国の電池メーカーSVOLTが硫化物ベース全固体電池による20Ahセルを開発したと発表した。このセルは400Wh/kg級のエネルギー密度を実現し、釘貫通テストや200℃耐久試験に合格したと言及。電気自動車の航続距離が1000kmを超すことが可能となる。
2023年6月からマクセルは、京都事業所（京都府大山崎町）で大容量の硫化物系全固体電池の量産を開始。従来の2倍のエネルギー密度と200℃以下の環境下で信頼性を確保し、過酷な表面実装用途に導入される（耐久性目安105℃で10年間使用可能・体内埋込型37℃で50年期待寿命）。また容量200mAhの円筒形タイプも出荷されている(直径23mm/高さ27mm)
2024年6月TDKは酸化物系固体電解質とリチウム合金負極を用いた従来比約100倍のエネルギー密度1000Wh/Lの全固体電池材料を開発したと発表した。ウェアラブルデバイスのほか、既存のコイン電池を代替する製品を目指し、2025年度中に出荷を予定している
2025年8月中国の国軒高科は、全固体電池パイロットラインを稼働させた。車載実験では、6分で60%充電でき、フル充電で1000キロを超える走行距離を得られることが明らかになった。 エネルギー密度は525Wh/kgに達している。
2026年2月、電動バイク会社VergeのスピンオフであるDonut Labは商業生産の準備が整った最初の全固体電池を開発したと発表した。公開されたDonut Labの電池テスト結果を分析した電池研究者やエンジニアは、それらが現在利用可能なLi-NMC電池セルの結果と一致しており、電圧曲線はデバイスの化学的性質がLi-NMCであることを強く示していることを発見した。Donut LabのためにVTTが実施した最初の2つのテストセットの結果は、容量の低下やパックレベルでの性能をテストしていないため、商業利用の観点からは無意味であるという見解が、全固体電池の専門家の間で一致している。
2026年5月中国のリチウム電池大手Ganfeng Lithiumはエネルギー密度500Wh/kgに達する全固体電池の小規模生産を開始した。同社はエネルギー密度400Wh/kgの全固体セル試験でもサイクル寿命が1100サイクルを突破している。この他にも CATL、BYD、といった大手企業は具体的なロードマップを示しており、2026年を(第3世代)全固体電池の「量産開始の初年度」と位置付けた。
2026年6月 Helios Horizonは、全固体電池を搭載した電動航空機で初の有人飛行に成功した。商用購入可能な全固体電池セルを用いて、作成されたバッテリーパックのコストは、従来のリチウムイオン電池より3〜4倍高価な一方、電池セルのエネルギー密度は410Wh/kgと従来の260Wh/kgより大幅に高い。今後の大量生産によるコスト低下や急速充電性能・安全性の高さなどから航空分野でも高い関心を集めている。
種類 有機固体電解質（半固体電池） 有機高分子などを用いたポリマー系固体電解質であり、その中でも高分子ゲルを電解質に用いたリチウムポリマー電池は早い段階から実用化されている。これらの高分子ゲル電解質や真性高分子電解質は架橋構造をもつため、メラミン樹脂などの熱可塑性樹脂と同じく巨視的には流動しないが、熱力学的にはガラス転移温度以上で使用となるため、多少の弾力性を有している。 このポリマー系固体電解質はゲル状であり、液体電解質と比べて揮発性や液漏れに対する安全性は向上している。しかし有機物であるため可燃性で、耐熱性の低さが原因で発火性や可燃性といった欠点を抱えている。
複合型電解質(半固体電池・固体電池) 負極にリチウム合金又はシリコン合金、間に酸化物系固体電解質、陽極側に液体電解質混合型の陽極材料(NMC系など)を用いた電池である。エネルギー密度が高いリチウム合金又はシリコン合金を負極に利用しつつ、安定な酸化物系固体電解質がリチウムのデンドライト成長を阻害し、陽極との密着性を液体電解質が補う構造をとっている。その為、固体電解質と液体電解質の利点を適材適所で発揮している。この半固体電池は優れたエネルギー密度と長寿命を発揮しており、近年EVなどで普及している。表記区分は業界観点から電解質の液体比率15%〜5%を半固体、5%以下を固体とする事が多い。
無機固体電解質（全固体電池） 無機固体電解質では酸化物系・硫化物系固体電解質が実用化されている。この固体電解質は熱力学的に安定した固体であり、電解液のような対アニオン移動がなく、リチウムイオンのみが伝導に寄与する理想的なシングルイオン伝導体である。そのため副反応（劣化反応）が起こり難くく、高い信頼性と長寿命を発揮する。また無機物であるため、不燃性による高い安全性も持ち合わせている。 酸化物系は安定性が高く半固体電池や小型のコンデンサ用途に実用化しているが、電極が固いため固体同士の結合が困難で粒界抵抗が高いという短所がある。一方、硫化物系固体電解質は室温でも高いイオン伝導率を発揮しており、すでに液体電解質を超える材料が開発されている。また硫化物系固体電解質は広い電位域において電気化学的に安定であり、柔軟性や密着性も待ち合わせるため成形も室温加圧のみで粒界抵抗を大幅に低減できる。そのため、現在は硫化物系固体電解質が全固体電池を大型化するうえで多くのメリットを有している。 上記以外ではハライド系固体電解質がより高性能な固体電解質として研究されている。近年急速に進歩する機械学習により、イオン伝導率が硫化物系に匹敵するハライド系固体電解質の組成や結晶構造が発見されている。
薄膜型全固体電池 真空蒸着法やスパッタ法などの気相法を使い、真空の電極上に薄い膜状の電解質を積み上げて製造される全固体電池である。最も初期の薄膜全固体電池は、1986年に金堀健一によって発見され、これはLi電解質に基づいていた。この技術は大型の電子機器を駆動するには不十分であったため、完全には開発されなかった。2018年に薄膜Liガーネット全固体電池では、結晶状態の他に「ポリアモルフィズム」が存在することが判明し、Moranは2021年に、所望のサイズ範囲である1〜20 μmで十分なセラミックフィルムを製造できることを実証した。
一般的に液体と比べてイオンの動きが遅い固体を電解質とすると、電池の内部抵抗は増大する。この内部抵抗を低減させるための手段に、電池を薄型化してイオン輸送距離を減らす方法がとられている。数万回の充放電にも耐える優れたサイクル特性を示し、全固体電池の大きな可能性を示している。薄膜型全固体電池は基板実装向け全固体電池としてコンデンサ用途に実用化されており、優れたサイクル寿命と広い作動温度範囲を実証している。
薄膜型全固体電池は、他の電池と比較して、高い重量エネルギー密度と体積エネルギー密度の両方を持っている。高いエネルギー密度に加えて、薄膜全固体電池は長寿命、優れた柔軟性、および軽量性を持っている。これらの特性により、薄膜全固体電池は電気自動車、軍事施設、医療機器などさまざまな分野での使用に適している。一方、性能と効率は、電解質/正極界面および電解質/負極界面の形状と界面接触に大きく依存するという製造上の難しさがある。また、充放電プロセス中に、かなりの体積変化が材料の損失を引き起こすという欠点を持つ。
負極材料には、Li、Al、Si、Snなどの合金が適している。正極材料は、軽量で、良好なサイクル容量と高いエネルギー密度を持つことが求められる。通常、LiCoO2、LiFePO4、TiS2、V2O5およびLiMnO2が用いられる。
バルク型全固体電池 バルクとは英語で大容量にまとめられたという意味で、頑丈な箱に（正極・電解質・負極）の粉体材料をプレスや焼結を用いて製造される全固体電池である。電極を厚くしやすく、基盤上でも高容量を発揮する。このバルク型は密閉性が高く過酷な表面実装用途に向いており、産業用機械やセンサー類の補助電源や主電源として、すでに実用化されている。。
ラミネート型全固体電池 ラミネート型はリチウムイオン電池などに広く利用される型であり、バルク型などの金属容器の代わりにアルミ蒸着フィルムを外装材として使用する。金属容器がないため非常に軽く、薄型化や自由な形状設計が可能となる。大型化と高エネルギー密度化が要求される第3世代全固体電池には主にラミネート型が採用されている。
材料 固体電解質（SSE）の候補材料には、オルトケイ酸リチウムのようなセラミックス、ガラス、硫化物、およびRbAg4I5が含まれる。主流の酸化物系固体電解質には、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3（LAGP）、Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3（LATP）、ペロブスカイト型のLi3xLa2/3-xTiO3（LLTO）、および金属Liを伴うガーネット型のLi6.4La3Zr1.4Ta0.6O12（LLZO）が含まれる。4つのSSEのLiに対する熱安定性は、LAGP < LATP < LLTO < LLZOの順であった。塩化物超イオン伝導体は、別の有望な固体電解質として提案されている。これらはイオン伝導性であり、変形可能な硫化物でもあるが、同時に硫化物の低い酸化安定性に悩まされることはない。それ以外に、そのコストは酸化物や硫化物SSEよりも低いと考えられている。現在の塩化物固体電解質システムは、Li3MCl6およびLi2M2/3Cl4の2種類に分けることができる。M元素にはY、Tb-Lu、Sc、Inが含まれる。正極はリチウムベースである。バリアントには、LiCoO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiMn2O4、およびLiNi0.8Co0.15Al0.05O2が含まれる。負極はより多様であり、電解質の種類の影響を受ける。例として、In、Si、GexSi1−x、SnO–B2O3、SnS –P2S5、Li2FeS2、FeS、NiP2、およびLi2SiS3がある。
リチウムセラミック電池は、単層カーボンナノチューブ（SWCNT）の統合によって潜在的な改善を示す。SWCNTは、電極粒子間に耐久性のある長距離導電経路を構築し、電極抵抗を効果的に低減させ、エネルギー密度を向上させる。
有望な正極材料の1つはLi–Sであり、（固体リチウム負極／Li2Sセルの一部として）理論的な比容量が1,670 mAh/gであり、「LiCoO2の有効値の10倍大きい」。硫黄はほとんどの液体電解質に溶解するため、電池の寿命を著しく低下させるため、液体電解質の用途では不適切な正極となる。硫黄は固体状態の用途で研究されている。
もう1つの有望な正極はNCM662（LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2）であり、特に共鳴音響混合プロセスでNiCo2S4でコーティングした場合に有効である。これにより、副反応を最小限に抑えつつ、60.6%の容量維持率を持つ材料が作成される。
Li-O2も高い理論容量を持つ。これらのデバイスの主な問題は、負極を周囲の大気から密閉する必要がある一方で、正極は大気と接触していなければならないことである。
Li/LiFePO4電池は、電気自動車用の全固体用途として期待されている。2010年の研究では、この材料を「USABC-DOEの目標を上回る」EV用二次電池の安全な代替品として提示した。
純粋なシリコンμSi||SSE||NCM811負極を備えたセルが、Darren H.S TanらによってμSi負極（純度99.9 wt %）、固体電解質（SSE）、およびリチウム・ニッケル・コバルト・マンガン酸化物（NCM811）正極を使用して組み立てられた。この種の全固体電池は、最大5 mA cm−2の高い電流密度、広い動作温度範囲（-20°Cから80°C）、および最大11 mAh/cm2（2,890 mAh/g）の面積容量（負極用）を実証した。同時に、5 mA cm−2の下で500サイクル後も、電池は80%の容量維持率を提供しており、これはこれまでに報告されたμSi全固体電池の中で最高の性能である。
塩化物固体電解質も、理論的により高いイオン伝導率と優れた成形性を持つため、従来の酸化物固体電解質よりも有望である。さらに、塩化物固体電解質の非常に高い酸化安定性と高い延性がその性能を高める。特に、Zhouらによって開発されたリチウム混合金属塩化物固体電解質ファミリーであるLi2InxSc0.666-xCl4は、広範な組成にわたって高いイオン伝導率（2.0 mS cm−1）を示す。これは、塩化物固体電解質がコーティングされた正極活物質ではなく裸の正極活物質と組み合わせて使用できること、およびその低い電子伝導率によるものである。低くはあるものの依然として印象的なイオン伝導率を持つ、より安価な代替の塩化物固体電解質組成は、Li2ZrCl6固体電解質に見出すことができる。この特定の塩化物固体電解質は、高い室温イオン伝導率（0.81 mS cm−1）、変形性、および高い湿度耐性を維持する。
ペロブスカイト型 一方、ペロブスカイト材料も全固体電池への応用に大きな可能性を秘めている。従来の化石燃料ベースのエネルギー源の低い効率と高い汚染を改善するために、より多くの研究者が、より長い寿命とより高い効率を持つ全固体電池のアイデアを提案している。しかし、全固体電池には依然として多くの安全性の懸念と欠点があるため、研究者らはこの問題を解決するために多くの新材料を使用している。そのような材料の1つがペロブスカイト材料である。
ペロブスカイト材料は、優れたイオン伝導性、優れた電荷貯蔵能力、および良好な電気化学的活性を持つため、この材料は電気化学的エネルギー貯蔵およびエネルギー変換の分野で応用される非常に大きな可能性を持っている。この材料は、全固体電池や太陽電池など、多くの新しいエネルギー電池で使用されている。その一般式はABX3である。ABX3において、BイオンはXイオンの八面体に囲まれ、Aイオンは立方体の中心に位置する。ペロブスカイト型電極材料としての遷移金属ペロブスカイトフッ化物は、高い電圧ウィンドウ、比容量、および安定性を持ち、さらに、遷移金属ペロブスカイトフッ化物の構造はイオン移動を促進し、その一般的な疑似容量制御された速度論的特徴により、速い電荷輸送速度を持つため、この材料は良好な電気化学的特性を持つ。そのため、ますます多くの研究者がこの材料に注目している。Shanらの研究は、リチウムイオンがペロブスカイト酸化物の格子に挿入できることを示すだけでなく、高いイオン伝導性を持つペロブスカイト酸化物が電極材料として使用できることも実証している。遷移金属ペロブスカイトフッ化物については、金属-フッ素結合とフッ素の強い電気陰性度を持つため、速い電荷輸送速度、高いエネルギー密度、および高い安定性を持つ。Jiaoらはソルボサーマル法を使用して中空マイクロメートル球状構造を持つペロブスカイト型フッ化物を作製し、テストの結果、この材料は0.1 A/gで1000サイクル後に142 mAh/gの容量を持つなど、良好な保持率を示している。
特徴 高エネルギー密度 全固体電池の固体電解質は副反応が少なく電気分解反応も受けにくい為、高電位の酸化物や硫化物を正極活物質に利用できる。さらにリチウムのデンドライト成長も抑制する為、負極活物質に従来のグラファイトではなくシリコン合金やリチウム合金を直接利用でき、飛躍的にエネルギー密度を向上させることが可能となる。
リチウムイオン二次電池 正極 : コバルト酸リチウム ⇄ 負極 : グラファイト
→エネルギー密度370Wh/kg (三元系:理論限界値)
全固体電池 正極 : 酸化物・硫化物 ⇄ 負極 : 金属リチウム
→エネルギー密度1440Wh/kg (硫化物系:理論限界値)
正極の酸化物・硫化物は原子価2の複雑な構造を取れる元素としては最も高い電位の部類にあり、従来のコバルト酸リチウム(炭酸塩)などより多くのリチウムイオンを錯体として蓄える事が出来る。また負極の金属リチウムは従来のグラファイトにリチウムイオンを吸着させる構造と比べ10倍以上の理論エネルギー密度を有しており、全体的に見ても4倍程度の理論エネルギー密度となるただし大型の全固体電池では固体電解質のイオン伝導率向上に液体電解質以上の添加物が必要となる傾向にあるので、その分エネルギー密度に影響が出る事がある。。その為、理論限界値に近づきつつあるリチウムイオン二次電池とは対照的に、発展性の余地が十分に存在する。