研究開発された技術紹介

本研究では、シーズテクノ株式会社のグラフェン成膜技術を用い、全固体リチウムイオン電池の負極にグラフェンウォール（カーボンナノウォール）を使用することで、負極容量の増加を図った。グラフェンウォールは従来の黒鉛に比べて表面積が広く、リチウムとの反応面積を拡大できるため、負極容量が向上した。さらに、液体電解質を使用しない固体電解質を採用することで、漏れや発火のリスクを低減し、安全性も向上した全固体電池を作製した。

グラフェンウォール負極の開発
・シーズテクノ株式会社独自のマイクロ波プラズマCVD技術を用い、金属基板上にグラフェンウォールの直接成膜に成功した。
・成膜条件を変えることにより、グラフェンウォールの高さや間隔、傾斜角度を制御できる技術を構築した。
・グラフェンウォールの基板として銅とステンレスを比較した場合、グラフェンウォールと基板との密着性が異なったが、この原因が金属とグラフェンウォールとの間に形成される炭化物層であることを明らかにした。

全固体電池の開発
・負極であるグラフェンウォール成膜をマイクロ波プラズマCVD法、固体電解質、正極及び金属電極までをスパッタ法で連続成膜が行える装置と工程を構築した。
・ラミネート型全固体電池の試作工程が完成した。
・充放電中に全固体電池部材の結晶性評価がリアルタイムで可能となる測定方法を構築した。

全固体電池の開発
・グラフェンウォール負極を用いた全固体電池を試作し、負極の重量当たりの容量が黒鉛より190％増加（1070mAh/g）を達成した。
・80℃で充放電を繰り返す際の安定性が確認され、長時間使用に耐える性能を実現した。
・ラミネート型全固体電池を開発し、実用的な形状での試作に成功した。

・特許出願: カーボンナノウォール電極及びその製造方法(特願2022-181742)
・シーズテクノ株式会社は、国内外の展示会や学会にて本技術を広報し、産業界からの注目を集めた。また、研究成果に基づき複数の企業と共同開発の可能性を模索している。

グラフェンウォールを活用した全固体リチウムイオン電池は、特にウェアラブルデバイスやドローン、環境モニタリング機器など、電源配線が困難な場所での使用が期待される。これにより、IoT機器の省エネルギー化と効率化が図られる。また、長寿命化により、メンテナンスフリーの電源供給が可能となり、様々な産業分野での応用が見込まれる。

本研究開発による全固体電池に対して、電池の大容量化と特性安定化の開発を進めており、製品化に向けた電池の改善を行っている。特に、小型大容量全固体電池として、複数の企業から期待されており、モバイル用途や住宅・産業用途の蓄電池の製品化に向けた検討を進めている。

本研究で開発された全固体電池は、グラフェンウォールを使用したことにより、従来の黒鉛負極に比べて190%の容量増加を実現。さらに、固体電解質を使用することで、漏れや発火のリスクが低減され、安全性が向上している。また、薄型で軽量な設計が可能となり、さまざまなデバイスに適した電池として注目されている。

全固体電池は、2026年内に実用化される予定であり、今後はより大規模な量産体制の確立が必要となる。加えて、電池の長寿命化に伴い、特定の産業分野に限定されず、広範な分野への応用が期待されている。ウェアラブルデバイスやIoT機器だけでなく、電力供給の安定性が求められる航空宇宙産業や医療分野にも展開可能である。

・全固体電池の耐久性を向上させるため、さらなるサイクル試験の実施が求められる。
・特許取得による技術的な優位性の確保が重要であり、知財戦略を強化する必要がある。
・量産化製造プロセスの構築

グラフェンウォール電極またはこの電極を用いた全固体電池の両者が事業化が可能と考える。このため、電池業界で電池または電池部品を製造している企業との連携を模索中。