◆◆◆最新調査研究資料◆◆◆≪2021 年版≫

革新型蓄電池(ポスト LIB)の実用化･研究開発動向実態調査
革新型蓄電池(ポスト LIB)の実用化動向・開発動向の最新実態調査レポート

抜
粋見本

はじめに
●エネルギー源としての石油系燃料から水素系燃料へ、脱炭素化の流れが加速する中で、蓄電池の重要性は増している。
日本で発明されたリチウムイオン電池(LIB)は、今やノーベル賞をとるような時代になったが、商品化には 40 年近くの年月がかかった。
そして、この LIB は、既存タイプのものは成熟し、全固体 LIB への移行時期にさしかかりつつある。
●全固体 LIB の先にある、革新型蓄電池(ポスト LIB)の実用化に向けて各国の競争は激化しており、日本においても国家を挙げた大型プロジェクトが進行している。
蓄電池の開発は、従来は地道な実験と経験が主体であったが、今後は AI をフル活用した「マテリアルズ･インフォマティクス(MI)」による手法が主流になる可能性がある。これにより、最適な材料系の開発期間が短縮化され、革新型蓄電池の実用化に至る速度は上がると予想される。
そういう観点から考えると、革新型蓄電池における日本の優位性がいつまで維持されるかという懸念もある。
●いづれにしても、蓄電池の需要は「ＥＶ/ＰＨＶ」「再生エネルギー蓄電用途」「ロボット・自動搬送機」「eVTOL(空飛ぶ車)」「コードレス家電･ＯＡ機器」等、大きく拡大することは間違いなく、そのためには LIB を凌駕する、高パフォーマンスの革新型蓄電池の開発も必須であり、進化し続ける必要がある。
●今回の調査では「亜鉛-空気電池，マグネシウム金属電池，レドックス・フロー電池，リチウム硫黄電池，ナトリウムイオン電池，バイポーラ型蓄電池(全樹脂蓄電池，鉛蓄電池，NiH 電池)，水素･空気 2 次電池」が実用化又は商用化の初期段階にあることが分った。
●当調査研究資料では、以下の革新型蓄電池 17 種類について、「電池概要」「実用化動向」「大学･研究機関動向」「電池討論会動向」「関連特許動向」の各調査を、ヒアリングをベースとして実施致しました。
①亜鉛-空気電池 ②リチウム-空気電池 ③マグネシウム金属電池 ④レドックス･フロー電池⑤リチウム硫黄電池⑥フッ化物イオン電池(ハロゲン化物電池)⑦ナトリウムイオン電池 ⑧コンバージョン電池⑨バイポーラ型蓄電池⑩カリウムイオン電池⑪有機電池⑫デュアルカーボン電池/デュアルイオン電池⑬アルミニウムイオン電池 ⑭水素･空気二次電池 ⑮カーボン亜鉛ハイブリッド蓄電池
⑯量子電池
⑰ＡＣ電池
●当調査研究資料が、革新型蓄電池開発に係わる、「企業」「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、大学/研究機関，企業へのヒアリング調査をベースに実施したものです。
今後共、革新型蓄電池関連の技術・研究開発動向、市場動向の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、各大学･研究機関･諸団体･企業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・分析】（ 1）

１．亜鉛-空気電池（ 23）

２．リチウム-空気電池（ 38）

３．マグネシウム金属電池（ 57）

４．レドックス・フロー電池（ 76）

５．リチウム硫黄電池（ 91）

６．フッ化物イオン電池(ハロゲン化物電池)（111）

７．ナトリウムイオン電池（123）

８．コンバージョン電池（149）

９．バイポーラ型蓄電池(①鉛蓄電池②全樹脂電池 ③ニッケル水素電池)（154）

10．カリウムイオン電池（166）

11．有機電池（175）

12．デュアルカーボン電池／デュアルイオン電池（187）

13．アルミニウムイオン電池（193）

14．水素-空気二次電池（199）

15．カーボン亜鉛ハイブリッド蓄電池【日本触媒㈱】（206）16．量子電池【グエラテクノロジー㈱】（210）

17．ＡＣ電池【ＡＣ（214）

Ｂｉｏｄｅ㈱】目次.２≪調査項目(各、革新電池共通)≫
Ａ．電池概要調査編
１．仕組み/特長①基本構造イメージ ②セル電圧 ③重量エネルギー密度⑤サイクル寿命 ⑥使用温度範囲 ⑦適用用途
２．主要材料①正極材料 ②負極材料 ③電解質
３．製造方法４．主な開発課題④体積エネルギー密度

Ｂ．実用化動向調査編※)試作レベルも含む
１．実用化概況
２．参入メーカ一覧
３．各社の商品動向
４．材料動向５．適用用途/実用化用途/ターゲット用途
６．問題点と対策
７．各社の大学/公的研究機関との連携状況

Ｃ．大学・研究機関動向調査編
１．大学・研究機関・研究者一覧
２．研究開発内容
３．大学/研究機関・民間企業との連携動向
Ｄ．電池討論会動向編（第 58～60 回）
１．当該革新電池大学・研究機関・研究者一覧
２．発表テーマ一覧

Ｅ．関連特許動向編（2018～2020 年）
１．発明の名称 ２．公開番号

３．出願日 ４．公開日

５．出願人

●今までの LIB の限界①安全性の限界⇒安全性とエネルギー密度はトレードオフの関係にある。
※）全固体化により発火リスクは比較的低くなる。
②エネルギー密度の限界⇒NCA や NMC 等の Ni 系正極による高容量化はあと数年可能だが、2020 年前半には、現行 LIB の性能向上の限界が来る見通し。
※）
・Li 過剰系正極･Si 系負極による高容量化、高濃度電解液による高電位化等の高性能化は進展する。
・重量エネルギー密度の理論限界値：662Wh/㎏であり、ガソリン燃焼時の 12500Wh/㎏より大きく劣る。
③材料コストの限界・ ⇒LIB の価格が、2012 年の 7～10 万円/kWh から、2020 年は 2 万円/kWh 程度になった。
現在、電力系統向けの定置型大容量 LIB の需要増から、LIB の低価格のニーズが高まっている。
それに逆行するように、Li、Co の価格が上昇しており、今後 Li,Co の争奪戦になる可能性がある。
●LIB を超える、革新型電池が必要①革新型電池(ポスト LIB)の主原料は「Na，Zn，Mg」等価格が安く、資源量が豊富で生産量も多い。
今後、EV の需要が急伸してもこれらの原料価格の高騰の可能性は低い。
②すべてに使える万能な蓄電池はなく、用途に合わせた蓄電池の更なる性能向上が不可欠。
③革新型電池の実用化に必要な技術⇒材料系の確立⇒量産技術の開発⇒蓄電池の監視･制御技術開発・即時性のある計測技術
・内部の作動原理に基づた状態推定技術⇒計測･解析技術開発
・メカニズムの解明には、計測技術やシミュレーションなどの解析技術の開発、実証が必要。
③重量エネルギー密度「500Wh/㎏」を「革新型蓄電池」の開発を目的とする。
※）RISING(革新型蓄電池実用化促進基盤技術開発)では、2030 年までに EV でガソリン車並みの航続距離を実現することを目標としている。

１．革新型蓄電池の主なスペック(弊社調査)
電池種類

亜鉛-空気電池

リチウム-空気電池

セル電圧(V)
[平均]
理論値
実効値

重量エネルギー密 体積エネルギー密度(Wh/kg ) [平均] 度(Wh/L) [平均]理論値 実効値 理論値 実効値

1.65

0.9～1.2[1.05]

1350～
1370[1360]

実用レベル：

2.5～2.7
[2.6]

[ 有機系

実用レベル：

2.966100

500

[ 有機系

電 解 質 [ 有機系 電 解 質系]

電 解 質 系]

3600

系]

4300 ～[ 水系電 1440 ～ 4400
解質系]
1800
[4350]
2000[1620] [ 水系電[ 水系電 解質系]
解質系]

800 ～
1000
[900]
2.3

主な用途

100～ -10∼50 ・ドローン
1400 5500(1C)・モバイル機器
・補聴器
・EV/PHV・電動バイク・ﾊﾞｯｸｱｯﾌﾟ電源
実用レベル： 数10～-20∼45 ・ドローン[ 有機系 100・空中基地局
電解質
・EV/PHV系]
・小型民生機器
1720 ～・スマートグリッ2200
ド[1960]
実用レベル：[ 水系電解質系]

1360～
1700
[1530]

室温～ ・Iot
術総合センタ
技術総合セ
技術総合セ
150 ・センサ
ー：
ンター：
ンター：
※)EV,蓄電設
電池別・平均実効値・平均重量エネルギー密度(実効値：Wh/kg）
1.3～
255
50
備等の大容量52.2[1.75]
用途には適さデュアルカーボン電ない。
池
4.5 ・フレドックス
1.5
1.2～1.3
2015252010000～ -5～40 ・再生可能エネ
ﾊﾞｲﾎﾟｰﾗ型全固体
フッ化物イオン電池
ロー電池[1.25]
ルギーの余樹脂電池
(目標値)
剰電力の蓄
4電
ﾅﾄﾘｳﾑｲｵﾝ電池
リチウム硫黄2.1
1.8～22450
300～2700
400～ ･液系:
0～40 ･EV/PHV
3.5電池
[1.9]
12001124 100 以下･ﾎﾟｰﾀﾌﾞﾙ電
[750]
[762]
･イオン源
3Li-空気電池
液体:･ドローン(水系電解質系)
400
･発電施設
2.5
Li-空気電池
Alｲｵﾝ電池
Mg金属電池･全固(出力変動(有機電解質系)
体:2000用途)
AC電池
2Li硫黄電池･電力の系統ﾊﾞｲﾎﾟｰﾗ型鉛蓄電池
側(余剰電量子電池
1.5力用途)･非常用電源
亜鉛空気電池ﾚﾄﾞｯｸｽﾌr-電池
1
フッ化物イオ 水素-空気電池目標値:
目標値:
目標値: 目標値: -20～ ・EV/PHV
ン電池(ハロゲ ﾊﾞｲﾎﾟｰﾗ型NiH電池
3.5～5500
1000
10060・ドローン
0.5ン化物電池) ｶｰﾎﾞﾝ亜鉛ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ電池[4.25]
・船舶 等※)LIB と同
0等
020040060080010001200140016001800
埼玉県産業技埼玉県産業

平均セル電圧(実効値：V)

マグネシウム
金属電池

3400

充放電回 使用温数
度範囲(℃)

平均重量エネルギー密度(実効値：Wh/㎏）

埼玉県産業

１．電池概要
１）仕組み/特長
概要

・亜鉛が水酸化イオンを介して酸素と結びついて酸化亜鉛になる時のエネルギーを活用するもの。
・正極に空気中の酸素、負極に亜鉛を使用する。
・電解液は、アルカリ金属水酸化物、水酸化カリウムを用いる。
・理論的なエネルギー密度は LIB より大きく、安価で安全な電池を作ることができる。

＜メカニカルチャージ型(機械的充電型)＞
・放電終了後の亜鉛を含む電解液を回収し、セルには新しい亜鉛負極を供給する方式。
特長 長所
・軽量(正極が空気のため)、小型化できる・重量エネルギー密度が高い⇒実用 LIB の約 2 倍※)体積エネルギー密度も約 2 倍・資源としての亜鉛が豊富でコストも低い⇒レアアースを使う他の電極の 1/5 程度のコスト
・電解液に水を使用するため、安全性が高い
・有害金属を使用しないため、廃棄時の処理が容易
３）製造方法イメージ
・放電時の電圧変動が少ない。
・大容量化できる。
日立造船
・空気極の触媒に、導電性酸化物セラミックス(La 系ペロブスカイト型酸化㈱物)を使用し、電池の大型化に適した円筒型蓄電池。
＜メカニカルチャージ型(機械的充電型)＞
・電解液は、KOH 濃度が 4.5M～7.5M の範囲の水溶液を用いて製作。
・負極をセル内で充電する必要がなく、又正極で酸素発生させる必要がな
・運転温度 90℃の条件下にて、0.7V で、放電電流 80mA/㎠、出力密度 0.055W/くなるため、寿命が伸びる。
㎠の放電特性を示した。
・負極と電解液の機械的交換は短時間で可能。
・500 回の充放電サイクル試験を行い、劣化率は 5％以下。
短所
・Zn 負極を充電するとデンドライトが析出し短絡の原因となる。
・低温領域で寿命が低下する。
①押出成形法にて、空気極支持管を作成し、その外表面に(La,Sr)(Co,Fe)O3-x⇒作動温度の範囲の狭さをスラリーコート法にて触媒層を成膜し、円筒型空気極を作成する。
・高濃度のCO2 により寿命が低下する。
②銅ロッドを基盤として亜鉛を電析コーティングし作製した負極を円筒型空⇒空気中のCO2 による電解液の炭酸吸収気極の内側に設置する。
・充放電の繰返しによる導電助剤の劣化
大阪府立産＜正極の作製：電解処理法＞

業技術総合 ・無機溶媒中で貴金属を陽極、導電性基板を陰極として定電流電解すること研究所＜メカニカルチャージ型(機械的充電型)＞
で、導電性基板上に貴金属ナノ粒子を析出させる方法。
５）開発動向・負極、放電生成物の回収、再利用のシステムや再生設備等が必要。
⇒カーボンペーパー(ガス拡散層)を用いると、カーボンペーパー上に直接セル電圧・理論値：1.65V触媒層が形成される。
日本触媒㈱ ・Ni 亜鉛電池、空気亜鉛電池の寿命を伸ばす亜鉛電極の開発。
・実効値：0.9～1.2V①前処理として、硝酸による親水処理を行う。
⇒電極に特殊なイオン交換膜(アニオン伝導膜)を貼り、電極の重量エネルギ ・理論値：1350～1370Wh/㎏②・2 極式の電気化学系を用いて、陰極にはカーボンペーパーを、陽極には形態変化を防ぐ。
ー密度・実用レベル：400～500Wh/㎏
白金版板を用いて、定電流電解を行う。
アニオン伝導膜を電極表面に接着すると、発生した亜鉛酸イ・炭素粉末(カーボンブラック)を電解液(硝酸溶液)に分散させ、定電流溶
体積エネルギ ・理論値：6100
Wh/L(負極が ZnO)，9700 Wh/L(負極が Zn)
オンが電極表面から移動できず、デンドライドが成長しない。
解を行い、カーボンペーパーに白金と炭素粉末の共担持を行う。
ー密度・実用レベル：1400Wh/L
又、電極素材の亜鉛に複数の有機物、金属を加えて電流がス
京都大学
・平板による積層法
ムーズに流れるようにして、デンドライドの発生を抑制して※）空気を取り込む構造を工夫することが必要いる。
これにより、充放電回数は、100 回以上の実験結果を得ている
・高活性な正極触媒(活性比:白金触媒の2.5～5 倍)の開発
住友化学㈱(2014/5)。
⇒グラフェンシート上に活性サイト(金属原子)を集積した「グラフェン型多核錯体」で高活性を実現。
⇒適用用途は、電動車両(EV,電動バイク),ウェアラブルデバイ

２．実用化動向※)試作レベルも含む
１）実用化概況
日本触媒㈱AZUL Energy㈱・2021 年中に電極のサンプル出荷予定⇒空気亜鉛電池や Ni 亜鉛電池の寿命を 10 倍以上伸ばす亜鉛電極を開発：
亜鉛電極に特殊なイオン交換膜を貼り、短寿命の原因となる電極の形態変化を防ぐことで大幅に電池寿命の延命化を図ることができる。
・正極用の*鉄系顔料触媒の開発*）青色染料を使用したもの⇒亜鉛空気 1 次電池の開発：
・小型電池(ウェアラブル,IoT 等)向けに、2022～2023 年に実用化予定。
ドローン等の中容量電池は、2023～2024 年に実用化予定。
⇒亜鉛空気 2 次電池の開発：・セパレータ、デンドライトなど開発課題が大きいことから、電池自体の実用化は 2025 年以降になると予想している。

２）参入メーカ一覧
参入メーカ
EOS エナジーストレージ(米)本社所在地
TELURL3920 Park+1-732-225-8400 https://eosenergystorage.com/
AvenueEdison, NJ
08820
Electric
Western+972-2-990-6666 https://electric-fuel.com/contact-2/
fuelIndustrial
３）各社の商品動向(イスラエPark(1) EOS エナジーストレージ(米)ル)
1 HaSolela①基本スペック/販売価格
StreetBet Shemesh、
特長
・独自の電解液・緩衝材を活用し、亜鉛の酸9905415、Israel
化還元反応を高めている。
Powerzinc
米国カルフォル 626-810-3068
https://www.powerzinc.com/en/index%20cn.html
商品名
Eos Aurora 150|600 DC Battery System
Electric
ニア州
出力150 ㎾
Inc(米)
容量600kWh
システム電圧 600～980V(DC)
販売コスト
・600kWh：1056 万円(目標)・2015 年:500～800 ドル(55000～88000 円)/kWh
３．各社の大学/公的研究機関との連携状況
・目標:160 ドル(17600 円)/kWh*）110 円/ドル換算
民間企業
大学/公的研究連携状況
サイクル寿命 5000 回(=15年)
機関
使用温度範囲 -20～45℃
AZUL Energy㈱東北大学
燃料電池、金属-空気電池において、高材料科学高等性かつ高耐久性を示す鉄系顔料触媒の研究所
発。
⇒軽量で高エネルギー密度、かつローストの電池の実現が可能※）AZUL Energy㈱は、東北大学ビジ
スインキュベーション・プログラとセンター・イノベーション・プ
グラム東北拠点からの支援を受け

４．大学・研究機関動向※）略、敬称(以下同様)
研究機関名
研究概要
共同研究先部署
研究者
産業技術総合研究所
・京都大学の先端材料シーズ（多孔性配位高分子(MOF/PCP)、電 ・京都大学
解質、金属ナノ粒子触媒など）と、産業技術総合研究所の機産総研･京大エネルギー化
能界面構築や電気化学デバイス化技術を結合させ、従来にな学材料オープンイノベー
いエネルギー変換、エネルギー貯蔵技術の開発を目指します。
ションラボラトリ
産学官ネットワークの構築により、民間企業の参画による「橋(ChEM-OIL)
渡し」につながる目的基礎研究を強化し、革新的エネルギー
化学材料技術の実用化のために必要な基盤技術・材料、電解質材料、触媒材料・電極設計及びデバイス化技術に関する基礎・応用研究。
・充放電劣化を抑制した亜鉛空気電池用電解質の開発 ・京都大学 エネルギー化学(2019/7/4)
研究科 松本 一彦 准教・陳 致堯 研究員
⇒揮発性とデンドライド形成の抑制により電極の劣化を防止
授・窪田啓吾
し、長寿命化を図る
５．電池討論会動向編（第58～60 回）
同志社大学
・水素と酸素で動く革新的二次電池：高エネルギー密度で安全な水素／空気二次電池の開発 発表テーマ
大学院 理工学研究区分科
討論会
発表者 *)略、敬称
・省エネルギー・低環境負荷のレアメタル・ベース
メタルの製環境システム工学研
究科
日 海 第 第 第民間企業
大学･公的研究機関
造技術：電解採取用陽極の開発
本 外 58 59 60の金属負極のデンドライドの形成抑制技術
回 ・亜鉛、リチウム等
回 回の開発(2019/11)
盛満正嗣 教授●●
亜鉛空気電池ハーフ
セルの負極反応TEM オペラント・ファインセラミックセンタ⇒Zn 負極から溶解したZn イオンが、電池の正極と負極を貫く
観察・東京大学
法線方向(負極面に沿った方向)の動きを抑制することによ●●ブラウンミラー型
Ca
FeCoOのOER
電極触媒活性相北海道大学 大学院工学部
り、イオン濃度の不均一化を防成長を
2 ぎ、デンドライドの5合化学院
防ぐ。 の同定●● ※）2020/4
ペロブストカイト型
La0.7Sr0.3Mn1-XNiｘO3(X=0-0.5)の北海道大学 大学院 工学に「金属2 次電池コンソーシアム(仮称)」を発足
酸素還元電極触媒活性の評価究院し、この技術の実用化を促進することを目的としている。
●
Fe/Co 複合メリライト型酸化物
触媒の開発と酸素発・神奈川大学
京都大学 ●
・自動車用の亜鉛空気電池の実用化に向けての研究開発。
生反応活性・北海道大学
産官学連携本部●●
亜鉛-空気二次電池用空気電極のPt 修飾NaCo2O4 触
岩手大学 大学院 工学研
革新型蓄電池プロジェク
媒の酸素発生反応活性評価および適用科
ト●●
アルカリ電解質を用いたOER におけるペロブスカイ
岩手大学 大学院 理工学
森田昌行 特任教授
ト型酸化物LaSr
O10の触媒活性3Fe3ての研究開発。
京都大学
・亜鉛空気電池の実用化に向け●● ラボ観察手法による亜鉛負極充放電挙動の東京工業大学６．国内関連特許動向（2018～2020年）⇒ローコスト化への取組み
大学院 工学研究科
物Operando観察※）水系電解質を使用。
質エネルギー化学専攻●●
めっき亜鉛担持集電体を用いた亜鉛/空気電池の作
豊橋技術科学大学
公開番号
出願日(年/月) 出願人（略、敬称）神戸製鋼所
発明の名称
安部研究室
製と特性評価公開日(年/月)・安部武志 教授
● 特開2020-038763
亜鉛負極近傍における亜鉛イオ
ン濃度場と析出形態
名古屋大学
2018/9日本碍子
負極及び亜鉛二次電池
・宮崎晃平 ●
准教授の関係
2020/3・宮原雄人 助教●●
Zn-空気二次電池のためのスピネル酸化物の空気還特開2019-128987
2018/1
日本碍子
亜鉛二次電池 九州大学，カーボンニュート
東京工業大学・乾電池負極の亜鉛充電を可能にする
元･酸素放出特性 2019/8
ル・エネルギー国際研究⇒電極形態変化をもたらす亜鉛溶解の抑制により、繰り返し
物質理工学院 応用化学
(12CNER)
特開2019-117780指す 2018/3
日本碍子
亜鉛二次電池用負極構造体
充電特性の向上を目系●●
流体シミュレーションを用いた
亜鉛電析形態の予測
京セラ
2019/7
荒井研究室（2）
先進マテリアル特開2019-106351
2018/3日本碍子
亜鉛二次電池荒井 創 教授
デバイス研究所
2019/6●● 再表2019/077953
流体シミュレーショ2018/9ンを用いた亜鉛電析形態の予測
京セラ
総合研
日本碍子
亜鉛二次電池究所,中央研究2019/4所