◆◆◆最新調査研究資料◆◆◆≪2014 年版≫

全固体電池実態総調査
全固体電池の基礎情報/研究課題・メーカ/大学/研究機関の研究開発動向・製造プロセス/製造技術/製造装置動向・市場動向・潜在用途/需要動向
・特許動向/関連情報に関する最新実態調査分析レポート

抜粋見本

はじめに
●次世代電池の開発が活発化しています。
全固体電池は次世代電池の中核であり、最終的な到達点として位置付けられており、日本が世界をリードしている分野であります。
今回の調査は、全固体電池の基礎情報/研究課題・メーカ/大学/研究機関の研究開発動向・製造プロセス/製造技術動向・市場動向・潜在用途/需要動向・特許動向/関連情報の実態をヒアリング調査をベースに実施致しました。
●当調査研究資料では、以下の内容につきまして、明らかに致しました。
基礎情報/研究課題調査では「分類・電池構造/構成イメージ」「全固体電池の課題と対策内容」「電解質材料/電極材料・集電体」動向等。
メーカ/大学/研究機関の研究開発動向調査では、各企業・研究機関別の「研究開発内容・現状と今後の方向性・大学/研究機関･企業との連携動向」動向等。
製造プロセス/製造技術/製造装置動向調査では「キイ製造技術・製造装置」「各、製造方法の概略」「製造プロセスイメージ(特許からの分析)」「キイ製造装置」動向等。
市場動向調査では、「参入メーカ別商品スペック・適用用途」「販売・開発」動向等。
潜在用途/需要動向調査では、「全固体電池種類別適用用途」「潜在用途と今後の市場性と課題」「用途別潜在市場規模」動向等。
特許動向/関連情報調査では、「公開特許」「電池討論会」動向。
●全固体電池の本格的な実用化は、2020～2030 年を目標としています。
固体電解質のイオン伝導度は、ラボレベルでは既に、通常の液体電解質の水準に到達しているものもあり開発には目を見張るものがあります。
様々な課題はありますが、「Spring8」「RISING 中性子ビームライン(SPICA)」などで基礎的な解析が進展していることもあり、電池内部のイオンや電子の挙動が可視化できるようになってきたことも朗報です。
最終的には、全固体型空気２次電池ができると確信しています。
又、全固体電池の実用化には、液体系電池にはない量産プロセスの開発が不可欠であり、これらの技術開発が、新たな市場を創造することになるでしょう。
●当調査研究資料が、全固体電池開発に係わる、「セルメーカ」「材料メーカ」「装置メーカ」「大学・研究機関」などの方々に有益なる情報としてお役に立てれば幸いです。
●当該調査は、各方面からのヒアリング調査をベースに実施したものです。
今後とも、次世代電池の開発実態、市場実態の調査研究を続けていく所存であります。

最後に、当資料作成にあたって快く取材に応じて下さった、各企業・研究機関・諸団体の皆様に末筆ながらお礼申し上げます。

株式会社グリーンビジネス研究所

目次.1【調査のまとめ】（１）

Ａ．研究開発動向調査編
１．全固体電池の概要
１）分類
２）電解質種類別メリット・ディメリット/課題
３）ディメリット/課題と対策内容

（２）
（３）
（３）
（７）
（10）

２．全固体電池構成イメージ図
１）電池構造イメージ
２）バルク型全固体電池構成イメージ
３）無機物系薄膜型全固体電池構成イメージ
４）高分子系薄膜型全固体電池構成イメージ（14）（14）
（15）
（16）
（17）

３．全固体電池材料動向
１）固体電解質材料と室温導電率２）電極材料・集電体

（18）
（18）
（19）

４．製造技術/製造方法・製造装置動向
１）キイ製造技術・製造装置
２）性能向上要素と各種対策・製造方法
３）各、製造方法の概略
４）各大学・研究機関・全固体電池メーカ動向
５）製造プロセスイメージ（１）特許からの分析≪ａ．無機固体電解質全固体電池≫①-1 トヨタ自動車㈱（セル全体）①-2 トヨタ自動車㈱（セル全体）①-3 トヨタ自動車㈱（固体電解質）①-4 トヨタ自動車㈱（固体電解質）②-1㈱オハラ（セル全体）②-2㈱オハラ（セル全体）③出光興産（固体電解質）④日立造船㈱（セル全体）⑤ナミックス㈱（セル全体）⑥住友電気工業㈱（固体電解質）⑦㈱日本触媒（固体電解質）⑧㈱アルバック（セル全体）≪ｂ．高分子系電解質全固体電池≫①-1 大日本スクリーン製造㈱（セル全体）①-2 大日本スクリーン製造㈱（セル全体）②出光興産㈱（セル全体）③ダイソー㈱・（財）電力中央研究所（セル全体）④セイコーエプソン㈱（セル全体）
６）キイ製造装置動向（１） 製造装置別・装置メーカ一覧（２） 装置メーカ・所在地（ＴＥＬ）一覧

（20）
（20）
（22）
（23）
（30）
（34）
（34）
（34）
（34）
（36）
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（52）
（53）
（53）
（56）
（58）
（61）
（63）
（64）
（64）
（67）

目次.２
（３）装置イメージ①遊星ボールミル②真空蒸着装置③ＰＬＤ成膜装置④スパッタリング装置⑤スピンコーター⑥ダイコーター⑦グラビア印刷機（グラビアコーター）⑧カレンダーロール（ロールプレス機）⑨電子線照射装置／紫外線硬化装置⑩冷間等方圧プレス機（ＣＩＰ装置）⑪ＭＬＣＣ用自動生産ライン⑫静電スプレー堆積装置⑬コールドスプレー装置⑭オートクレープ⑮超音波分散機⑮グローブボットクス

（69）
（69）
（70）
（71）
（72）
（73）
（74）
（75）
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（80）
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（84）
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（86）
（87）
（88）

５．メーカ・大学／研究機関の開発動向
１）各メーカ・大学／公的研究機関の研究領域のまとめ（特許情報も含む）①開発メーカ②大学・公的研究機関
２）研究開発動向①開発メーカ②大学／研究機関
３）全固体電池関連国家プロジェクト

（89）
（89）
（89）
（92）
（95）
（95）
（102）
（113）

６．関連特許動向調査（115）

７．第５３・５４回電池討論会（全固体電池情報）（143）

Ｂ．市場動向調査編
１．市場概況

（148）
（149）

２．各社の製品概要（150）

３．各社の所在地一覧（151）

４．各社の販売・開発動向（152）

Ｃ．潜在用途・需要動向調査編
１．全固体電池種類別適用用途動向

（154）
（155）

２．今後の需要動向１）潜在用途と今後の市場性と課題
２）潜在用途別市場規模①小容量用途②大容量用途

（157）
（157）
（159）
（159）
（169）

【調査のまとめ】＜全固体電池の位置付け＞※）出典：「NEDO 二次電池技術開発ロードマップ 2013 革新電池の技術マップ」に弊社が加筆したもの＜全固体電池の強み/弱み＞
強み
弱み・固体であるため、液漏れや発火/爆発の危険性がない ・イオン伝導度は、液体電解質より、1～2 桁低い。
ため安全性は極めて高い。
→電解液なみのイオン伝導度になりつつある。
固体電解質は不燃性。
・電極-電解質界面の形成方法が難しい。
→電池容器の軽減、重量軽減が可能
電極-電解質界面でイオンを受け渡しする際、液系電・サイクル寿命特性が優れ信頼性が高い
池に較べると接触面積が小さくなる。
→数1000～数万回の良好な充放電が可能：→固体電解質中で、イオン導電パスと電子導電パスの液系電解質では、特定のイオン以外にも、アニオンや両方を確保するためのは、活物質と固体電解質の混溶媒分子も移動するため、アニオンの酸化や溶媒の電合比や粒子の大きさを最適化する必要がある。
気化学的分解反応が生じやすいが、固体電解質(特に又、電極の体積変化により、電極-電解質界面の接無機固体電解質)では、可動のアニオンや溶媒分子が触性の低下を防ぐために圧力を加えることが必要。
存在しないため電池特性の低下に繋がる副反応が生 ・現状は、エネルギー密度が低い。
じにくい。 ＜*酸化物系ガラス固体電解質型全固体電池の薄膜形成の課題＞→今後は向上が見込める。
別課題
・自己放電がない。
固体電解質
・非晶質膜の形成・セパレータが不要。
(LIPON：リン酸Li オ ・反応性スパッタの安全性・再現性
・水を使わないため、温度変化の激しい環境下でも使用キシナイトライド)・プラズマ起因の膜質劣化の抑制できる。
・生産性の向上・高い電位窓(電解質･電極の組み合わせによる電位領正極材(LCO)・結晶性及び配向制御域)が、多種多様な組合せにより、5Ｖ系の正極材料が・組織制御使用できる。
・高速成膜の実現→高容量電極材料の使用が可能
・膜厚の増大(＝容量アップ)
・Li+イオンの拡散の影響を受けない電池を作製できる。
電解質・電極界面・界面抵抗による反応性※）固体電池の輸率は「1」、液体電解質は「0.3～0.4」→*加熱処理で、反応性(電荷移動反応)が飛躍的に向上する
・正極材料は、液体電解質を用いた時と同じものを使用*)出典：京都大学大学院 工学研究科
できる。
「固体リチウム電池の出入力向上に向けた界面制

３．全固体電池材料動向
１）固体電解質材料と室温導電率※）参考：ガラス系固体電解質を用いた全固体二次電池の開発(大阪府立大学大学院工学研究科
物質･化学系専攻 応用化学分野 辰己砂昌弘教授)
区分
電池種類
固体電解質材料
リチウムイオン室温導電率(S/cm)-3
硫 ガラス系
Li 電池 ・30Li2S･26B2S3･44Lil
1.7×10化
・63Li2S･36SiS2･1Li3PO4
1.5×10-3
物・57Li2S･38SiS2･5Li4SiO4
1×10-3系
6×10-6*Na 電池 ・75Na2S･25P2S5
電 ガラスセラミック
Li 電池 ・Li3.25P0.95S4
1.3×10-3
解 (結晶化ガラス)系
・Li7P3S111×10-2
質*Na 電池 ・75Na2S･25P2S56×10-4
結晶系
Li 電池 ・Li3.25Ge0.25P0.75S4
2.2×10-3
・Li10GeP2S12
1.2×10-2
・Li6PS5Cl
1.3×10-3酸 *ペロブスカイト型
1.4×10-3
Li 電池 ・La0.51Li0.34TiO2.94
化 ＮＡＳＩＣＯＮ型
・Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3
7×10-4物 (ナトリウム超イオン伝導系 体：Na super conductor)
電 *ガーネット型
・Li7La3Zr2O12(LLZ)
3×10-4
解 アモルファス系
・Li2.9PO3.3N0.46(LIPON)
3.3×10-6
４．製造技術/製造方法・製造装置動向
質 ガラス系
・50Li4SiO4･50Li3BO34×10-6１）キイ製造技術・製造装置
ガラスセラミック・Li1.07Al0.69Ti1.46(PO4)3
1.3×10-3
別キイ製造技術
キイ製造装置(結晶化ガラス)系
・Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3
1.3×10-4
・メカニカルミリング法
遊星ボールミル高分子系電解質
Li 電池 ・ポリエーテル系
1×10-4～10-7
・噴霧熱分解法
噴霧熱分解装置
・PEO(ポリエチレンオキシド) 1×10-4
気相法
真空蒸着法
真空蒸着装置(抵抗加熱
その他
ヨウ化銀電池 ・*混合物：AgNO3＋NaI＋PVP
4℃：1.2×10-2(対象：薄膜型)
方式,電子線蒸着方式)※）
・部は、リチウムイオン室温導電率において、トップクラスの固体電解質材料を示す。
パルスレーザー堆積法
ＰＬＤ成膜装置
・Na 電池の固体電解質は、「大阪府立大学大学院工学研究科 物質･化学系専攻 応用化学分野」でスパッタ法
スパッタリング装置開発されたものを示す。
・*エアロゾルデポジショニング法(ＡＤ法)*)コールドスプレー装置*）コールドスプレー法の一種※)産業技術総合研究所 先進プロセス研究部門で開発
・固体電解質と固体の電極の接合方法
ホットプレス機→電極材料が膨張収縮しても、接触を保つ必要がある
・電極-電解質複合体の形成：ガラス軟化を利用(軟化融着)
・*エレクトロスピニング法
エレクトロスピニング装置*）静電噴霧堆積法(Electrostatic Spray
Deposision:ESD)の一種でナノファーバーでシート化する方式※)産業技術総合研究所で開発・ゾルゲル法：スピンコーター(スピアルコキシド系ゾルを加熱などによりゲル状態とし、セ ンコーティング法)
ラミックスなどを合成する化学手法。
低温で容易に作製できるため、有機物と無機物の複合化が可能になる。
→薄膜作成時に使用
・*シート工法(印刷・焼成法)：
・MLCC 製造プロセス装置：
・固体電解質をシート化した後、活物質電極ペーストを固体 ・シート成形機
電解質シートに印刷する。さらにこのシートを複数枚スタ ・スクリーン印刷機
ックして一括焼成する。
・カット機*）ＭＬＣＣ(積層セラミックコンデンサ)の製造工程を応 ・積層機

４）各大学・研究機関・全固体電池メーカの動向
電解質種類
開発先
キイとなる製造技術/製造装置・製造装置
硫化物系
大阪府立大学大 ＜導電率の向上＞
学院
・双ローラー超急冷
工学研究科 物 ・メカノケミカル反応による電極-電解質界面形成：メカニカルミリング法
質･化学系専攻
・電極-電解質界面形成：気相法
辰巳砂昌広 教 ・電極-電解質複合体の形成：ガラス軟化を利用(軟化融着)
授・活物質ナノ粒子の作製と電子伝導パス形成：ホットソープ法
・硫黄系正極材料：メカノケミカル合成＜容量の増大＞・硫黄-炭素-固体電解質複合体：高温ミリング法・メカニカルミリング法によるLi 系非晶質材料、新規なイオン伝導体の合成と固体電池への応用。

酸化物系

甲南大学
理工学部
機能分子化学科
無機材料化学町田信也 教授
首都大学東京※）出典：2012 年 9 月 6 日 JST での説明会資料より
大学院都市環境 ・光造形法によるスケールアップと構造化科学研究科 分→LLZ/樹脂比の増加を可能とする光硬化性樹脂の探索が課題
子応用化学域
金村聖志 教授５）製造プロセスイメージ(1) 特許からの分析≪ａ．無機固体電解質全固体電池≫①-1 トヨタ自動車㈱（セル全体）
発明名称
全固体電池およびその製造方法
調査対象
特許
公開番号
特開 2013-26003
公開日
2013.2.4
課題 ・バイポーラ式スケールアップ構造化
本発明は、正極活物質と、固体電解質材料との界面抵抗が経時的に増加することを抑制可能な全固体電池を提供することを主目的とする
備考
・硫化物系リチウム全固体電池※）
は、製造プロセスを示す
製造プロセス
内容
正極活物質
・酸化物正極活物質：LixMyO2→粒子形状/サイズ：真球状,楕円球状/1～50μｍ→含有量：20～90Ｗ％※）*反応抑制部(正極活物質表面に抵抗層形成
抑制コート層)：→正極活物質の 80％以上を被覆→厚さ：2～100nm→LiNbO3 等*)正極活物質及び硫化物固体電解質材料の界面抵抗を低減させることができる
しかし、反応抑制部を形成することで、正極活物質を含有する正極活物質層を用いた全固体電池の出力特性が低下してしまう問題点もある。
→従来の反応抑制部と比較して電気化学的安主要装置 他・硫化物ガラス：
メカニカルミリング
法(ボールミル等)
・反応抑制部・Ⅹ線光電分光(XPS)測定･ラマン測定･透過型電子顕微鏡

６）キイ製造装置動向（１）製造装置別・装置メーカ一覧
冷間等方圧プレス機

紫外線硬化装置

電子線商社装置

ドクターブレード

グラビア印刷機

カレンダーロール

ダイコーター

スピンコータースパッタリング装置

ＰＬＤ成膜装置

真空蒸着装置遊星ボールミル

製造装置

装置メーカ
㈱栗本鐵工所●
三床インダストリー㈱●㈱セイシン企業●㈱伊藤製作所●㈱ナガオシステム●２）研究開発動向㈱レッチェ●※）大学/研究機関・民間企業との連携動向は、特許情報な及び弊社ヒアリングに基づいたものをベースとする㈱アルバック
●①開発メーカキャノントッキ㈱●●研究開発内容現状と今後の方向性
大学/研究機関・民間 連絡先(TEL)
メーカ名
キャノンアネルバ㈱●●企業との連携動向
所属㈱エイコー●055-997-9291
トヨタ自動車㈱硫化物全固体電池の大型化と性能 ・大型化
アユミ工業㈱●向上に向けた取組み→現行の液系LIB の２倍程度の電池研究部㈱大阪真空機器製作所●
エネルギー密度を目指す。
硫化物全固体電池の抵抗成分の解㈱オプトラン●
粉状の固体物質を薄く広く均析
佐藤真空㈱●一に積層する技術が不可欠
・東京工業大学
自動車用次世代型全固体電池の研
芝浦メカトロニクス㈱●・高エネルギー加究会開発㈱昭和真空●
速器研究機構→既存のLi イオン電池の電解液 ・内部抵抗値の低減→正極粒子をセラミックコーチ
・物質･材料研究機と同等のイオン伝導度を持つングして従来の1/100 に低減
構「Li10GeP2S12」の開発
・信州大学
Li2O-Li2S-P2S5 系ガラス固体電解 ・Ge の安価な材料への代替
大阪府立大学
質の電気特性
固体電解質La2/3-Xl3ｘO12 の90℃ ・絶縁体である硫黄に電気を通せ ・ファインセラミッる工夫。
ドメイン構造のLi 伝導特性への
クスセンター
・東京大学
影響
・東北大学
㈱豊田中央研究所
固相反応法により作製したガーネ ・負極コーティング技術
0561-63-4300
ット型酸化物固体電池
・接合技術
・ガーネット型酸化物を用いた全固体電池の特性評
・プロセス技術の高度化
・低融点固体電解質を用いたガー→電極作成プロセス(スラリー
ネト型酸化物固体電池の分散,安定などが重要)
・無機固体電解質におけるMg 伝導及びMg 全固体電池
日産自動車㈱・固体電解質電池
045-523-5523
・双極型電池出光興産㈱
硫化物系無機電解質を用いた全固 ・材料特性の向上、各種電極材料 日立造船
0438-75-2312
体電池の開発との組合せにおける最適化
先進技術研究所
リチウム電池開発セ 全固体リチウム二次電池における大阪府立大学
・固体電解質の薄膜化による出力
ンター
SnP3 負極の微細構造観察
密度の向上
・反応プロセスや製造装置の改良

２．各社の製品概要
参入メーカ名電圧(V)

放電容量 サイズ 重量
材料種類
作動
備考
(mAh)
(縦×横 (g)
温度
電解質
正極
負極×厚
範囲
み:mm)
(℃)
㈱村田製作所
1.5
0.1
9.6 × 0.072 ＜酸化物系＞
LVP
TiO2-20 開発品で上～2
9.6 ×LAGP(Li3V2(PO4)3)～60 市はしてい
0.12(Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4ない)3)
*1
1.5
0.04
3.2 × 0.031 ＜酸化物系＞
Mn 系
非グラフ -20 Typeナミックス㈱～22.5 ×
Li-Si-P 複合酸
ァイト～60 P3225-30
0.6
化物0.142
3.2 × 0.094
Type2.5 ×
NBD3225-100
1.80.21
3.2 ×
Type
2.5 ×
NBD3225-150
2.5
*24.1
0.13
12.7×12.7＜酸化物系＞
ｺﾊﾞﾙﾄ酸ﾘﾁｳﾑ Li 金属 -40 ･ 2013/4 生
IPS(Infinite×0.17
LIPON(ﾘﾝ酸ﾘﾁｳﾑ(薄膜)
～85
産・販売中
Power Solution)
ｵｷｼﾅｲﾄﾗｲﾄﾞ)
止0.3/0.4 25.4×12.7(米国) １．全固体電池種類別適用用途動向
×0.17･サンプル価※）無機(薄膜/バルク別)、ポリマーの適用は現段階でのイメージである
0.7/1
25.4×25.4
格：＠3000×0.17
別用途
無機
1.7/2.5 25.4×50.8
薄膜 ～4000
ﾊﾞﾙｸ円×0.17
小 基板実装・積層セラミックコンデンサの代替●
ジオマテック㈱0.3 0.01/0.02 厚み:＜酸化物系＞
LiMn2O4
V2O5～＋ 開発は現在
容→セラミックコンデンサより多くの電気容量が必要な用途～
0.2~0.3
Li3PO4120 中断中
量・キャパシタの代替●●
3.5
GS カルテックス(韓 3.9 0.5,1,2 ・ＲＴＣ(リアルタイムクロック)
5mAh
5mAh ＜酸化物 ｺﾊﾞﾙﾄ酸ﾘﾁｳﾑ Li金属 -20～
●
●国)
品：
品：
系＞
100
●
●
２．今後の需要動向・アルミ電解コンデンサの代替
25.4 × 0.12 LIPON(ﾘﾝ酸ﾘﾁｳﾑ・可とう性基板(フレキシブル基板)を用いてのディスプレイ用電源●●
・エンペデッド基板(部品内蔵基板)への組込み電源●●
１）潜在用途と今後の市場性と課題
薄型機器
・IC
カード/スマートカード●*）アプリケーションメーカサイドの全般的見解（弊社ヒアリングによる）・社員/学生食堂用カード●
別用途*現状の全固体電池の課題
・セキュリティカード●
基板実装
・積層セラミックコンデンサの代替・電池コスト・RFID タグ(アクティブRFIDタグ/貨物追跡タグ)●●→セラミックコンデンサより多くの電気容量が必・商品化にまだ時間を要する
・学生証 要な用途●*1・電子ペーパーディスプレイ
●・キャパシタの代替*2・フレキシブルディスプレイ
●●・アルミ電解コンデンサの代替

薄型機器

・ＲＴＣ(リアルタイムクロック)・可とう性基板(フレキシブル基板)を用いてのディスプレイ用電源
・エンペデッド基板(部品内蔵基板)への組込み電源
・IC カード/スマートカード
・社員/学生食堂用カード
・セキュリティカード
・学生証

・既存の電池で特に問題なし
・容量が少ない・電池コスト→一般のｶｰﾄﾞは、＠50～60 円。
指紋認証のIC ｶｰﾄﾞは、＠200～・ユーザーニーズの必然性が乏しい→表示機能だけでは不十分→訴求力低い
・容量が少ない・ＩＣカードに規格がない
・RFID タグ(アクティブ RFID タグ/貨物追 ・無線の混信跡タグ)・電池コスト
・使用用途が限定される・ニーズが少ない/需要があまる見込い