JFEテクノリサーチ、液系バイポーラ型リチウムイオン電池の開発を加速する試作・評価サービスを提供開始

独自の漏液抑制技術と顧客材料評価で部材・電池構造最適化と早期実用化に貢献

JFEテクノリサーチ株式会社は、液系バイポーラ型リチウムイオン電池（BP-LIB）の試作・評価サービスを開始します。再生可能エネルギーの導入拡大や電気自動車（EV）の普及に伴い、高エネルギー密度、高出力、コンパクト化といった要求を満たす次世代蓄電池としてBP-LIBが注目されています。当社は長年の技術蓄積により、その主要課題であった電解液の漏液を抑制するセル作製技術を確立しました。本サービスは主に電池材料メーカーの皆様、さらにはその先の電池メーカーや自動車メーカーの皆様へ、顧客材料を用いたセル設計・試作から電池特性評価、分析まで一貫して提供することで、高性能なBP-LIBの材料開発を加速させ、電池構造を最適化する有用なデータを供給しながら、次世代蓄電池の社会実装に貢献します。

背景

カーボンニュートラルの実現に向け、再生可能エネルギーの導入拡大やEVの普及が進む中、蓄電池にはこれまで以上の革新的な性能が求められています。限られたスペースでより多くのエネルギーを蓄え、高出力を瞬時に供給すること。これら相反するような要求を高度に満足する次世代電池の開発が課題となっています。この難題に挑むアプローチとして、BP-LIBが注目を集めています。

バイポーラ型リチウムイオン電池（BP-LIB）とは

BP-LIBは、一枚の集電箔の両面に正極と負極を直接形成し、複数のセルを一つの電池内で積層する構造（バイポーラ構造）を有するリチウムイオン電池です。単セルからなる電池を多数接続する従来方式に比べ、セル間の接続部品（リード）を削減できるため、内部抵抗の低減による大電流・高出力化、そして電池パック全体の小型、軽量化、さらには積層数を増やすことで高電圧化を効率的に実現できる可能性など、多くのメリットが期待されています。

BP-LIBの課題

しかし液体電解質を用いるBP-LIBの実用化には、アルミ集電箔の両面に正極と負極を均一に形成すること、積層した各セル層の電解液を適切に封止して隣接するセル層間の液絡や外部への漏液を防止することなどの技術的課題がありました。また、この電池に用いる材料や部材には、バイポーラ型になることで新たに必要となるシール材や絶縁膜の選定や設計に加え、従来のLIBでも使用されていた各種材料・部材（電極、セパレーター、バインダー、電解液など）にはBP-LIBで高いパフォーマンスを発揮するための最適化といった課題があり、これが材料開発のボトルネックになっていました。

本サービスの提供価値

1．次世代電池材料開発の加速とBP-LIB高性能化への貢献

本サービスは、開発中のセル材料・部材を実際のBP-LIB構造に組み込み電池としての特性を評価します。これにより、材料単体の特性評価だけでは把握できないBP-LIBの実環境での性能発揮や他部材との相互作用を早期に検証できます。これは、BP-LIBの最大特長である大出力化やコンパクト化を実現する材料開発を加速し、次世代蓄電池の実用化と社会実装に貢献します。

2．BP-LIBの安全性と信頼性確保への寄与

液系BP-LIB特有の積層構造や封止構造に対応するセル材料・部材の適合性を評価します。特に漏液防止や大電流化に対応する信頼性の高い部材開発を支援してBP-LIBの安全性と信頼性を高め、社会実装を支援します。

3．リソースの最適化による開発加速

高度な専門設備とノウハウが必要なBP-LIBの試作・評価プロセスを外部委託することで、各企業や研究機関は限られた研究開発リソースを材料設計、性能改善、製品開発などの中核業務に集中させることができます。これはBP-LIBの実用化に向けた研究開発全体の効率化につながり、社会実装の加速に貢献します。

4．一貫したプロセスによるスピーディな技術課題解決

セル試作から電気特性評価、試験後分析までを一貫して提供することで、性能変化と材料や構造との因果関係を迅速に特定し、技術課題の早期解決を促進します。試作、評価、分析からなる一連の効率的な研究開発サイクルは、自動車メーカー、電池メーカー、電池材料メーカー、研究機関におけるBP-LIBの材料開発や構造設計のスピードを高め、持続可能な社会の実現に向けた取り組みを加速します。

今後の展開

JFEテクノリサーチは、集電箔を含むセル構成の改良を進め、今後は負極材料についてもBP-LIB構造で評価できる体制の構築を目指します。また、リチウムイオン電池に加え、ナトリウムイオン電池など、異なる電池系へのバイポーラ構造の応用可能性についても検討します。

電池材料の試作、電気化学評価、構造解析、劣化分析を組み合わせ、次世代蓄電池の材料開発からセル設計までを支援する評価体制を拡充し、カーボンニュートラルやGXを支える蓄電池技術の研究開発と、国内製造業の技術開発力向上に貢献してまいります。

技術の詳細

1. 提供サービスの特徴

1-1．液系BP-LIBの漏液を抑制するセル作製技術

JFEテクノリサーチが数十年にわたり液系LIBの試作・評価サービスを提供する中で蓄積してきたラミネートセルの試作技術や電池分析・評価技術を活用し、液系BP-LIBにおける漏液防止技術および安定した電池試作技術を確立しました。これにより、顧客から提供されるセル材料・部材の特性に応じたバイポーラ型セルを作製します。

1-2．開発段階のセル材料・部材をバイポーラ構造で電池特性評価

正極材、電解液、バインダー、セパレーターなど、顧客が開発中の材料・部材をバイポーラ型セルに組み込み、BP-LIBへの適用可能性と電池性能を評価します。材料単体の性能評価に加え、実セル構造における挙動を把握することが、セル材料・部材を最適化するための道しるべとなります。また、バイポーラ構造で新たに選定、設計が必要となるシール材や絶縁膜も実使用条件に近いデータを取得できます。

1-3．セル設計・試作から分析・評価まで一貫対応

評価目的に応じたセル設計、試作、初期充放電試験、抵抗測定、レート特性評価、試験後分析までを一貫して実施します。試作と評価を別々の機関へ依頼する場合に比べ、試作結果を次の評価や課題分析へつなげやすい体制を整えています。

2. 提供サービスの概要

2-1. 対象となる電池

• 液BP-LIB（単層セル、2直列セル、3直列セルなど）

2-2. 主な対象材料・部材

• 電極材（当面は正極材のみを対象）
• 電解液
• バインダー
• セパレーター
• タブシール
• その他の電池材料・セル部材

2-3. 主な評価項目

• 初期充放電試験
• 直流抵抗測定
• 交流抵抗測定
• レート特性評価
• セルおよび構成部材の分析
• 試験結果に基づく課題抽出

電極面積50mm×50mm（電極サイズはカスタマイズ可能）、３層直列までのBP-LIB試作が可能。電圧プローブを導入することで各層の電圧プロファイルを取得できる。

• 

  （左図；単層、2直列、3直列、右図；３直列BP-LIBとその各セル層）
  試作したBP-LIB（単層、2層直列、3層直列）の初期充放電試験では、セル層数の増加に伴って電圧が 2倍、3倍となる充放電曲線と一致し、直列つなぎの特長である電圧増加が示されています。

• ※初期充放電評価条件
  充電：CC充電 0.1C（目標電圧2.5V×積層数）
  放電：CC放電0.1C（目標電圧1.75V×積層数）
  サイクル数：3サイクル実施温度：25℃
  実施温度：25℃

詳細については下記ホームページをご覧ください。

液系バイポーラ型リチウムイオン電池の試作・評価サービス
https://www.jfe-tec.co.jp/solution/battery/prototyping/bipolar-lib/