TECHNOLOGY EXPLAINER
バイポーラ構造
― 液体をやめて、はじめて素直に使える
1枚の集電体の表に正極、裏に負極を付けて積み重ねる。 配線もタブも要らず、抵抗も下がる。良いことずくめに見えて、 液系電池では長く使いにくい構造でした。理由は電解液が「回り込む」からです。
- バイポーラ構造とは何か（3行でつかむ）
- 液系では、なぜ難しかったのか ― 液絡
- 全固体なら、その問題が原理的に消える
- 本稿の計算：電圧は2倍、容量は半分、エネルギーはほぼ同じ
- 素材技術者の視点①：これは「電圧をつくる構造」です
- 実際の製品 ― マクセルの例
- 素材技術者の視点②：封止材の位置づけが変わる
- 得と限界／課題
- 用語集／参考資料／出典対応表
事実＝公表資料に記載のある内容（出典リンクあり）
本稿の計算＝明示した前提をもとに本記事が算出した値
未確定／将来＝計画・目標であり、実績が確認できていない事項
このほか、構造の整理や材料設計上の読み取りは「解説」として区別しています。
1. バイポーラ構造とは何か（3行でつかむ）
バイポーラ（bipolar＝双極）構造とは、「1枚の集電体の片面に正極、もう片面に負極を付け、それを積み重ねて直列にする構造」のことです。
- どういう構造か：トヨタ自動車は、バイポーラ型について「1枚の電極に正/負極を集約し、積み重ねたシンプルな構造」と説明しています事実
- 何が良いのか：同社は「セル間の通電面積が拡大し、抵抗が低くなったため、高出力が出せる」としています事実
- なぜ全固体電池で注目されるのか：液系では、電解液が集電体の外を回り込んで単電池どうしが短絡する「液絡」という問題がありました事実。固体電解質は流れません
モノポーラとバイポーラの構造差
- モノポーラ：セルごとに外装・端子・外部接続が必要
- バイポーラ：1枚の集電体の両面を使い、セルを直列に積層
バイポーラ構造そのものは、20年以上前から知られています。 それでも液系電池で広く使われてこなかったのは、性能の問題ではなく、 液体が「回り込む」という物理の問題があったからです。 電解質が流れなくなった瞬間、この構造は素直に使えるようになります。
2. 液系では、なぜ難しかったのか ― 液絡
バイポーラ構造では、単電池どうしが1枚の集電体を共有して、直接積み重なっています。 このとき、電解液が集電体の外周を回り込むと何が起きるか。
日産自動車の特許公開公報（発明の名称「バイポーラ電池、及びそれを用いた組電池」、2005年6月9日公開）は、絶縁層の役割について 「電解液による液絡、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こるのを防止する目的で」と記しています事実 （JP2005149891A）
液系で難しかった理由：液絡
- 液系：電解液が集電体の外を回ると、隣接する単電池がつながり液絡・短絡になる
- 全固体：固体電解質は流れないため、同じ回り込み経路ができない
3. 全固体なら、その問題が原理的に消える
液絡という問題の本質は、電解質が流体だということです。 流体である以上、隙間があれば回り込みます。だから周囲を確実に封止する必要がありました。
ここで、封止に求められる条件を並べてみます。
- 有機溶媒に長期間さらされても劣化しない
- 充放電による膨張収縮に追従する
- 積層したすべての段で確実に効く
- それでいて、体積をできるだけ食わない
段数が増えるほど、封止すべき箇所が増えます。 1か所でも破れれば、そこで液絡が起きます。 直列段数を増やしたいのに、増やすほど歩留まりが落ちる——これが構造的なジレンマでした（本記事による解説）。
固体電解質では、この前提が変わります。流れないものは、回り込みません。 封止がまったく不要になるわけではありませんが（外部からの水分侵入は依然として防ぐ必要があります）、 「内部の液体を閉じ込める」という役割が消えます（本記事による解説）。
本シリーズ「アルジロダイト」編で見たとおり、硫化物系は水分と反応します。 封止材に求められるのは「中身を漏らさないこと」から「外の水分を入れないこと」へ移ります。 同じ「封止」でも、守る方向が逆になります。
4. 本稿の計算：電圧は2倍、容量は半分、エネルギーはほぼ同じ
バイポーラ化で実際に何が変わるのか。 マクセルが公表している同じ外形寸法の2製品を比べると、はっきり見えます。
| 項目 | コイン形 PSB920L（開発中） | バイポーラ型 PSB920P（開発中） |
|---|---|---|
| 直径 | 9.5 mm | 9.5 mm |
| 高さ | 1.95 mm | 1.95 mm |
| 公称電圧 | 2.3 V | 4.6 V（最大 5.2 V） |
| 標準容量 | 5.5 mAh | 2.5 mAh |
| 特長 | 長寿命、高出力 | 高電圧、高出力、急速充電対応 |
すべて事実（マクセル 仕様ページ［参考資料3］）。いずれも「開発中」と記載された製品です。
- 公称電圧：4.6 V ÷ 2.3 V ＝ 2.0倍
- 標準容量：2.5 mAh ÷ 5.5 mAh ＝ 約0.45倍
- エネルギー（電圧×容量）：2.3 × 5.5 ＝ 12.65 mWh、4.6 × 2.5 ＝ 11.5 mWh → 約0.91倍
バイポーラ化でエネルギーが増えたわけではありません。 電圧が2倍になった代わりに、容量がほぼ半分になっています本稿の計算。
前提と限界：エネルギーは公称電圧×標準容量という単純な掛け算で求めたもので、 実際の放電曲線を積分した値ではありません。また約9%の差が生じている理由は、 本稿が参照した公表資料では確認できませんでした。 2製品はいずれも「開発中」と記載されており、仕様は変わりうるものです。
5. 素材技術者の視点①：これは「電圧をつくる構造」です
計算が示しているのは、バイポーラ構造がエネルギー密度を上げる技術ではないということです本稿の計算。 同じ体積に入る活物質の量は変わらないのですから、当然といえば当然です。
得られるのは、次の3つです。
- 電圧：1個で 4.6 V が出せます事実。2.3 V のセルを2個直列につなぐ必要がありません
- 出力：トヨタは「セル間の通電面積が拡大し、抵抗が低くなったため、高出力が出せる」としています事実
- 部品点数：セル間の配線・タブ・コネクタが要りません
ここが、この構造の本当の意味です。 電池の外側にあった「直列接続という配線作業」を、電池の内側に取り込んでいます。
材料の立場でいえば、電池メーカーがモジュール設計の一部を材料・セル構造の側に引き受けたということになります。 同じことを外でやれば、ホルダー、配線、はんだ付け、接点——組み立て工数と接点抵抗がついてきます。 「電圧を材料の積層でつくる」ほうが、結果として小さく軽くなるという判断です（本記事による解説）。
そしてマクセルのバイポーラ型の特長には「急速充電対応」が挙げられています事実。 電圧が高く抵抗が低ければ、同じ電力をより小さな電流で流せます。 電流が小さければ、界面での損失も小さくなります。 本シリーズ「界面抵抗」編で見たとおり、電圧降下は電流密度×面積抵抗で決まりました（本記事による解説）。
6. 実際の製品 ― マクセルの例
マクセルは、全固体電池の形状としてセラミックパッケージ型、バイポーラ型、円筒形などの開発・研究を進めてきたとしています事実。 同社は2019年にコイン形全固体電池を開発し、 2021年には「高電圧、高出力の特長をもつ『バイポーラ型全固体電池』を開発」したとしています事実。
製品ページでは、硫化物系固体電解質を採用した全固体電池として 動作温度範囲 −50℃〜+125℃、 「60℃保管による加速試験において、90%の容量を維持可能な日数が従来品の10日に対して、全固体電池は100日」という数値が公表されています事実。
なお2025年12月16日には、コイン形全固体電池「PSB2032」（外径20 mm、高さ3.2 mm、容量35 mAh）を開発したと発表しています事実。 ただし、この製品がバイポーラ構造を採っているかどうかは、本稿が参照した資料では確認できませんでした。
7. 素材技術者の視点②：封止材の位置づけが変わる
第3章で触れた点を、もう少し具体的に見ておきます。
液系のバイポーラ電池では、封止材は内側から外側への漏れを止める部品でした。 日産自動車の特許公開公報が「電解液による液絡」を防ぐ目的で絶縁層を設けると記しているとおりです事実。
全固体のバイポーラ電池では、止めるべきものが変わります。 硫化物系固体電解質は大気中の水分と反応して硫化水素を発生し、イオン伝導度が著しく低下します事実。 つまり封止材は外側から内側への水分侵入を止める部品になります。
この違いは、材料選定の基準を変えます。
- 液系：耐溶剤性が最優先。有機溶媒に長期間さらされても膨潤・劣化しないこと
- 全固体：水蒸気バリア性が最優先。透湿度をどこまで下げられるか
耐溶剤性と水蒸気バリア性は、必ずしも同じ材料で両立する性質ではありません。 本シリーズの「接着・封止材」編で扱う構図と同じで、 封止材の要求仕様は、中身が何であるかで決まります（本記事による解説）。
マクセルがセラミックパッケージ型を並行して開発していることや、 PSB2032について「セラミックパッケージ型と同等の高密閉性を確保」という表現を使っていることは事実、 密閉性が全固体電池の製品設計で中心的な課題であることを示していると読めます（本記事による解説）。
8. 得と限界／課題
(1) バイポーラ構造そのものの定量的な効果が限られた形でしか確認できない
本記事で比較できたのは、マクセルの同一寸法の2製品の仕様だけです事実。 バイポーラ化による出力（W）の向上幅、内部抵抗の低減幅、省スペース化の割合といった数値は、 本稿の調査範囲では公開された一次情報に確認できなかったため記載していません。
(2) 「開発中」の製品である
第4章で比較した PSB920L・PSB920P は、いずれも仕様ページに「開発中」と記載されています事実。 本稿の調査時点（2026年9月）において、バイポーラ型全固体電池の量産が始まったとする一次情報は確認できませんでした未確定／将来。
(3) 車載での事例は全固体ではない
トヨタ自動車のバイポーラ型はニッケル水素電池であり、全固体電池ではありません事実。 本記事では、バイポーラ構造そのものの説明として同社の記載を引用しています。 全固体電池でのバイポーラ構造の車載採用については、本稿の調査範囲では一次情報を確認できませんでした。
- バイポーラ構造とは「1枚の電極に正/負極を集約し、積み重ねたシンプルな構造」です事実
- 液系で使いにくかった理由は「電解液による液絡」でした事実
- 固体電解質は流れないので、この問題が原理的に消えます（本記事による解説）
- 同じ大きさで電圧は2.0倍、容量は約0.45倍、エネルギーは約0.91倍。エネルギーが増えるわけではありません本稿の計算
- 得られるのは電圧・出力・部品点数の削減です。「通電面積が拡大し、抵抗が低くなったため、高出力が出せる」事実
- 封止材の役割は「中身を漏らさない」から「外の水分を入れない」へ移ります（本記事による解説）
9. 用語集
- バイポーラ構造
- 1枚の集電体の片面に正極、もう片面に負極を付けて積み重ねる構造。
- モノポーラ構造
- 従来型。セルを個別に作り、外部の配線で直列・並列につなぐ。
- 集電体
- 電極から電流を取り出す金属の板や箔。バイポーラでは両面を使う。
- 液絡
- 電解液を介して単電池どうしがつながり、短絡してしまう現象。
- 単電池
- 正極・電解質・負極の1組。これを直列に積むと電圧が上がる。
- 直列
- 電池をつないで電圧を足し合わせる接続。容量は増えない。
- 公称電圧
- その電池の代表的な作動電圧。製品仕様に記載される。
- 標準容量（mAh）
- 取り出せる電気量。電圧と掛け合わせるとエネルギー（mWh）になる。
- 封止材
- 電池の内部と外部を隔てる材料。何を止めるかで要求が変わる。
- 水蒸気バリア性
- 水蒸気を通しにくい性質。硫化物系の全固体電池では重要になる。
- 通電面積
- 電流が流れる断面の広さ。広いほど抵抗が下がる。
- タブ
- 電極から電流を外へ取り出すための金属の舌状部品。
10. 参考資料（一次情報）
- トヨタ自動車「【アクア】バイポーラ型ニッケル水素電池と従来の電池（バッテリー）との違いを教えて。」よくあるご質問 — toyota.jp
- 日産自動車特許公開公報 JP2005149891A「バイポーラ電池、及びそれを用いた組電池」2005年6月9日公開 — patents.google.com
- マクセル「コイン形全固体電池 バイポーラ型全固体電池」仕様ページ — biz.maxell.com
- マクセル「全固体電池」製品ページ — biz.maxell.com
- マクセル「IoTデバイスの主電源用途に使用可能なコイン形全固体電池『PSB2032』を開発」2025年12月16日 — prtimes.jp
- 塚崎裕文（大阪公立大学）「大気環境下における硫化物固体電解質の劣化機構の解明」村田学術振興財団 研究成果報告書 2024年3月25日（PDF） — corporate.murata.com
11. 主張と出典の対応表（監査）
| 本文の主張 | 根拠 | 区分 |
|---|---|---|
| バイポーラ型が「1枚の電極に正/負極を集約し、積み重ねたシンプルな構造」であること。「セル間の通電面積が拡大し、抵抗が低くなったため、高出力が出せる」こと。従来型が「正極と負極が対面し、電気を取り出すタブが付いた構造」であること。この事例がニッケル水素電池であること | トヨタ自動車 よくあるご質問［参考資料 1］https://toyota.jp/faq/show/6307.html | 事実 |
| 絶縁層の目的として「電解液による液絡、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こるのを防止する目的で」と記載されていること。出願人が日産自動車株式会社、発明の名称が「バイポーラ電池、及びそれを用いた組電池」、公開日が2005年6月9日であること | 特許公開公報 JP2005149891A［参考資料 2］https://patents.google.com/patent/JP2005149891A/ja | 事実 |
| コイン形全固体電池 PSB920L（開発中）が 直径9.5 mm・高さ1.95 mm・公称電圧2.3 V・標準容量5.5 mAh・充電温度範囲 -20〜+105℃・放電温度範囲 -50〜+125℃、特長が「長寿命、高出力」であること。バイポーラ型全固体電池 PSB920P（開発中）が 直径9.5 mm・高さ1.95 mm・最大電圧5.2 V・公称電圧4.6 V・標準容量2.5 mAh、特長が「高電圧、高出力、急速充電対応」であること。「2021年には高電圧、高出力の特長をもつ『バイポーラ型全固体電池』を開発」したこと | マクセル 仕様ページ［参考資料 3］https://biz.maxell.com/ja/rechargeable_batteries/assb-spec-coin.html | 事実 |
| 「イオン伝導度の高い硫化物系固体電解質の採用により」実現されていること。動作温度範囲が−50℃から＋125℃であること。「60℃保管による加速試験において、90%の容量を維持可能な日数が従来品の10日に対して、全固体電池は100日」であること | マクセル 全固体電池 製品ページ［参考資料 4］https://biz.maxell.com/ja/rechargeable_batteries/allsolidstate.html | 事実 |
| PSB2032 が外径20 mm・高さ3.2 mm・容量35 mAh であり、「PSB401010H」の約4倍の容量であること。「セラミックパッケージ型と同等の高密閉性を確保」とされること。「2019年にコイン形全固体電池を開発して以来」「セラミックパッケージ型、バイポーラ型、円筒形などさまざまな形状の全固体電池の開発・研究を進めてきました」とされること。発表日が2025年12月16日であること | マクセル プレスリリース（2025年12月16日）［参考資料 5］https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000231.000075608.html | 事実 |
| 硫化物固体電解質が「大気に曝すと水分と反応して有毒な硫化水素(H2S)を発生し、イオン伝導度が著しく低下する」こと | 村田学術振興財団 研究成果報告書（2024年3月25日）［参考資料 6］https://corporate.murata.com/-/media/corporate/group/zaidan/report/study/202406/2024-002.ashx?la=ja-jp&cvid=20240802012731000000 | 事実 |
| 公称電圧の比を2.0倍、標準容量の比を約0.45倍、エネルギー（電圧×容量）を12.65 mWh と 11.5 mWh、その比を約0.91倍としたこと | 本稿の計算。エネルギーは公称電圧×標準容量という単純な掛け算であり、放電曲線を積分した値ではない。比較した2製品はいずれも「開発中」と記載されており、仕様は変わりうる。約9%の差が生じている理由は本稿が参照した公表資料では確認できなかった | 本稿の計算 |
| バイポーラ化による出力（W）の向上幅、内部抵抗の低減幅、省スペース化の割合 | 本稿の調査範囲では公開された一次情報に確認できなかったため記載していない | 解説 |
| PSB2032 がバイポーラ構造を採っているかどうか | 本稿が参照した資料では確認できなかったため記載していない | 解説 |
| 全固体電池でのバイポーラ構造の車載採用。およびバイポーラ型全固体電池の量産の開始 | 本稿の調査時点（2026年9月）において、いずれも一次情報を確認できなかった。トヨタ自動車のバイポーラ型はニッケル水素電池であり、全固体電池ではない | 未確定／将来 |
| 固体電解質は流れないので液絡が原理的に起きないという整理。段数が増えるほど封止箇所が増えて歩留まりが落ちるという指摘。封止材の役割が「中身を漏らさない」から「外の水分を入れない」へ移るという読み取り。耐溶剤性と水蒸気バリア性が必ずしも両立しないという指摘。「電池の外側にあった直列接続を内側に取り込んでいる」という整理。「1か所の欠陥が全体に効く」「セル単位の交換ができない」という読み取り。得と限界を2つに整理したこと | 公表内容にもとづく本記事の整理・解説。各社が表明した見解ではない | 解説 |
| 図1・図2・図3・図5が実際の観察像・設計図ではなく説明用の概念図であること。ヒーロー画像・図1・図2・図4がAI生成イメージであること | 本記事による注記 | 解説 |
最終更新：2026年9月21日／出典は一次情報（企業の公式ページ・仕様ページ・ニュースリリース、特許公開公報、公的助成による研究成果報告書）に限定しています。 構造の整理や材料設計上の読み取りを含むため、それらは「解説」として出典付きの事実と区別しています。 バイポーラ化による出力・内部抵抗・省スペース化の定量的な効果、PSB2032の構造、全固体でのバイポーラ車載採用と量産実績については、公開された一次情報で確認できなかったため記載していません。 第4章で比較した2製品はいずれも「開発中」と記載されたものです。またトヨタ自動車のバイポーラ型はニッケル水素電池であり、全固体電池ではありません。 図はすべて説明用の概念図です。図3・図5はベクター作図、ヒーロー画像・図1・図2・図4はAI生成イメージであり、いずれも実際の断面写真・顕微鏡像・製品の実物を示すものではありません。