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2025年04月23日

JFEテクノリサーチが全固体電池の評価・解析サービスを強化

〜EVなどにおける全固体電池の活用に貢献〜

JFEテクノリサーチはこのたび、全固体リチウムイオン電池(以下、全固体電池)の評価サービスを強化し、本格的に展開します。

全固体電池は、電解質や電極活物質などの構成部材が固体粒子となっている電池です。液体の有機溶媒を電解質に使用している従来のリチウムイオン二次電池に比較して漏液のリスクが低くなることから安全性が高いとされ、さらに長寿命化や急速充電も可能になるとの期待から、高性能な次世代電池として注目されています。電気自動車(EV)の普及や再生可能エネルギーによる効率的な蓄電技術の需要増を背景に、世界中で実用化を目指した研究・開発が加速しています。しかし実用化においては、エネルギー密度など電池としての性能向上と、充放電を繰り返した時にも長期に安定した電池特性を維持する耐久性が課題として挙げられています。

前者の電池性能向上に関しては、全固体電池において、粒子同士の接点を十分に確保してイオン伝導性や電気伝導性を確保することや、各構成材料の化学的、物理的性状を厳しく制御することが重要です。一方後者の電池耐久性に関しては、充放電反応によって生じる電極活物質の膨張収縮が引き起こす粒子内の破壊や粒子界面での剥離を最小限にとどめることなどが、課題と考えられています。しかし、全固体電池の固体電解質は、水分が加わると加水分解により劣化したり、硫化水素のような毒性のガスが発生したりしてしまいます。そのため、性能を正確に評価するには、水分量を可能な限り排除した環境で計測や評価を行う必要があります。

JFEテクノリサーチの全固体電池評価・解析について

JFEテクノリサーチが提供する評価・解析サービスは、全固体電池が抱える課題の解決において重要となる、各構成部材からなる複合体の機械的特性・電気的特性を、水分を極限まで排除した環境下(露点マイナス60℃以下)で測定できる点が特徴です。これによって水分と反応して変性しやすい固体電解質などの構成部材の性状を正しく把握できるようになりました。

JFEテクノリサーチの全固体電池評価・解析の対応範囲

 (いずれも上記の露点マイナス60℃以下の環境下で実施)

評価項目 評価対象 期待される効果
圧縮強度 正極/負極活物質や固体電解質などの単粒子(粒径5µm以上) 充放電を繰り返す過程で電極活物質には膨張収縮が生じ、これによって活物質や固体電解質などの粒子が破壊して電池特性が低下してくることが知られています。粒子単体の圧縮強度を測定することで、長期に安定使用することができる電極活物質や固体電解質の開発に寄与します。
デジタル画像相関法(DIC)による変位計測
  +
機械的特性(引張/圧縮強度、S-Sカーブ、ポアソン比など)
正極/負極成形体 電極活物質や固体電解質からなる正極/負極成形体は非常に脆い材料です。充放電を繰り返す過程で電極活物質が膨張収縮することで生じる電極成形体の歪みは、固体電解質/電極活物質の界面での剥離や、電極成形体の割れを引き起こし、電池特性が低下することが知られています。微小な変位を計測するDICを電極成形体の引張/圧縮特性評価と組み合わせて行うことで、歪みにも強い固体電解質/電極活物質界面を有する材料や電極成形体の開発に寄与し、長期安定使用できる全固体電池の実用化をサポートします。
密着強度 集電箔上に形成された電極成形体 充放電に伴い電極活物質に生じる膨張・収縮時によって電極成形体/集電箔界面で剥離し、電池特性が低下することがあります。この界面の密着強度を評価すると耐剥離性の指標を得られます。これによって長期安定使用できる全固体電池の実用化をサポートします。
圧粉成形特性(成形圧力、変位、成形物の電気抵抗) 固体電解質や電極成形体の成形挙動 全固体電池の製造工程では、固体電解質、電極活物質、導電助剤などの粉体を圧縮成形されます。このプロセスは電池特性に大きな影響を与えています。一軸圧縮成形過程、および最大応力負荷後の除荷時に生じる形状復元(スプリングバック)における応力と成形物の電気抵抗の関係をモニターすることで最適な成形条件把握をサポートします。
粘弾性 電極成形体のペースト状前駆体 ペースト状の電極成形体の前駆体に負荷を掛けた際の応力を評価し、塗工性と分散性を評価することが可能です。これによって均一で密度の高い電極成形体を得るための材料開発や製造条件の把握に寄与します。
全固体電池の一般的構造
全固体電池の一般的構造

詳細は下記ホームページをご覧ください。
https://www.jfe-tec.co.jp/battery/solid-state_battery/physical-properties.html

JFEテクノリサーチではこのほかに、電池構成部材の化学的性状や電池セルの性能評価、電子顕微鏡などによる微細構造解析、などの評価・解析に加え、全固体電池の試作サービスなど、これまで15年以上電池分野で培った幅広いソリューションをベースに、自動車メーカーや電池メーカー、材料メーカーからのご要望にワンストップで対応する体制を整え、全固体電池の普及を後押ししていきます。

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