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燃えない、漏れない、安全性の高い全固体電池AS-LiB®全固体電池は、有機電解液の代わりに固体電解質を用いる次世代の電池として注目されています。従来のリチウムイオン電池に比べ、燃えにくい固体材料で構成されるため安全性が高く、リチウム金属負極などの採用によってエネルギー密度の向上が期待されます。 また固体電解質は化学的に安定で劣化しにくいため、電池の寿命化にも寄与すると考えられています。本記事では、全固体電池の寿命や全固体電池の発熱・発火・液漏れリスクについて解説します。 目次 全固体電池の発熱・発火・液漏れリスクについて電池の安全性は、モバイル機器から電気自動車まで幅広い用途で極めて重要な要素です。リチウムイオン電池はエネルギー密度が高い一方で、発熱・出火のリスクが完全には拭えず、安全面で課題があると指摘されています。 こうした中、次世代の有力候補として注目される全固体電池は、発熱・発火・液漏れリスクが極めて低く、安全性に優れる点が大きな特徴です。最大の理由は、電池内部に可燃性の有機電解液を用いないことにあります。有機電解液を使用しないため漏液や発火の危険性が大幅に低減され、電池の安全性が飛躍的に向上します。 実際に、従来のリチウムイオン電池で発火に至るような厳しい条件下でも全固体電池では発火・発煙・破裂が起こらず、高い安全性が実証されています。また液漏れの心配がないため、長期間の使用や衝撃を受けた場合でも電解液の漏出による機器損傷や人体への悪影響を防止できます。 このように安全性に優れる全固体電池は、電気自動車（EV）をはじめ幅広い分野で活用が期待されています。特に硫化物系固体電解質を用いた全固体電池はEV向けに開発が進められており、温度変化に強く発火リスクが小さいといった安全面での利点が報告されています。 発熱・発火・液漏れのリスクが低いことは、ビジネスにおいても製品や設備の信頼性向上につながる重要なメリットです。安全性の高さを武器に、全固体電池は次世代の電源技術として前向きに受け止められていると言えるでしょう。 全固体電池の寿命について全固体電池は、有機電解液を用いる従来のリチウムイオン電池と比べ、安全性や寿命などの点で大きく上回る性能が期待される次世代電池です。また、電解液を使わないため信頼性にも優れているとされています。固体電解質は化学的に安定で副反応が起こりにくく、劣化を抑制することで充放電サイクル寿命が大幅に向上します。 実際、薄膜型の全固体電池では数万回の充放電にも耐えるサイクル特性が確認されています。酸化物系では1万回の充放電後に初期容量の6割以上を維持することを目標に開発が進められています。長寿命で安全性の高い全固体電池は、電気自動車から電子機器、バックアップ電源まで幅広い用途で注目されており、将来のエネルギー貯蔵技術として期待が高まっています。 全固体電池AS-LiB®の安全性について 全固体電池AS-LiB®の安全性について、ご説明します。
液漏れの心配なし従来のリチウムイオン電池は、有機電解液を使用していました。 そのため、経年劣化や衝撃などによって液漏れが発生し、周辺機器を損傷させたり、人体に悪影響を及ぼしたりするリスクがあります。 しかし、AS-LiB®は液体材料を使用していないため、液漏れの心配がありません。 関連記事：硫化系固体電解質の性質及び全固体電池AS-LiB®の特性について 可燃性ガスの発生がありません従来のリチウムイオン電池は、可燃性の電解液を使用していました。 そのため、発熱や破損などの際に発火・爆発のリスクがあります。 しかし、固体電解質は難燃性のため、そのような心配がありません。 つまり、固体電解質を採用した次世代電池は、高い安全性を実現し、安心して使用できるのです。 関連記事：全固体電池AS-LiB®の安全性について 全固体電池「AS-LiB®」は発火、発煙、破裂が起きにくい電解液系リチウムイオン電池が発火に至る可能性がある釘刺し条件でも、当社のAS-LiB®（ラミネートタイプ、1Ah）は発火、発煙、破裂が起こらず、高い安全性が実証されました。 また、釘刺し試験によるAS-LiB®の温度上昇は30℃程度でした。（試験条件：SOC100%、釘刺し速度：10mm/sec、釘刺し距離：貫通、釘太さ/材質：直径3mm/SUS材）  関連記事：全固体電池に関わる認証試験とAS-LiB®の認証取得状況について 全固体電池の特殊環境での使用例 全固体電池AS-LiB®は高温・低温・真空環境でも安全に使用できる特長を有しています。 そのため、半導体製造装置等の産業機械、航空宇宙機器、医療機器などへの用途展開を行っています。 航空・宇宙機器への使用(高低温)従来、宇宙で使用されているリチウムイオン電池は、液体を使用している点や使用温度領域が狭い点から、真空かつ温度の高低差が激しい過酷な宇宙環境ではそのままの使用が困難なため、衛星等の設備内部に保護されながら設置され、温度を管理しながら使用されています。
特に月面探査においては、日照時最大110℃、日陰時に-170℃という過酷な環境に長時間晒されるため、高低温でも運用可能な二次電池が期待されています（内藤 均著 『全固体電池の宇宙機への適用』巻号：54巻6号P316-320(2019年))。 AS-LiB®は-40℃～120℃（-50℃でも放電可能と論文で公表済）という広い温度範囲で動作可能であるため、AS-LiB®を用いることで、温度管理や熱管理が不要となる、もしくは簡略化できるため、宇宙環境で利用する設備の小型・軽量化や低消費電力化に寄与することが可能となります。 半導体製造装置メーカーがAS-LiB®を採用半導体製造装置メーカー向けに、当社製全固体リチウムイオン 電池「AS-LiB®」（140mAh タイプ）を１ロット（12 個）受注しました。今後、同社からの継続的な受注が期待されます。 AS-LiB®については、これまで様々な業界向けのサンプル提供品を受注してきましたが、実際の 製品（装置）に組み込まれる商業ベースでの受注は今回が初となります。 半導体製造装置（高低温・真空）半導体製造装置向けウエハー型温度測定器「WAFER LOGGER(開発中)」は、シリコンウエハー上に直接回路を実装し、ウエハーからのケーブルなしで温度を計測、記録できるものとなっております。 AS-LiB®を適用することにより、より過酷な環境（高温、低温、真空）での動作、測定が可能となります。 参考： 八洲測器製 「WAFER LOGGER(開発中)」 高温になる工場設備やインフラ設備の点検用途等にAS-LiB®が適用できる可能性があります。 医療機器(高温)電気メス等手術機器や医療器具は115℃～135℃程度の温度で滅菌が必要となるものがあります。 AS-LiB®は使用可能温度範囲が広いため、このような滅菌工程にも対応が可能です。 滅菌が必要となる手術機器や医療器具にAS-LiB®を適用することで、これら機器・器具ごと滅菌工程を通すことができるようになるため、無線化が可能となり、また設計の自由度が高まります。 宇宙機器への適用に向けてAS-LiB®は揮発成分を最低限に抑えた電池構成を実現し、真空環境でも大きく膨張することがありません。 2022年に国際宇宙ステーション（ISS）に向けてAS-LiB®を搭載した全固体電池軌道上実証装置（Space AS-LiB）を打ち上げ、その後世界で初めて宇宙暴露環境（1.0×10-5 Pa）で全固体リチウムイオン電池の充放電が可能であることを確認するとともに、1年以上にわたる長期の充放電サイクル運用（562サイクル）を達成することができました。 Space AS-LiBは2023年12月に宇宙から地球に帰還し、当社築港工場にて解体分析調査などを行っております。宇宙実証後の容量維持率は96.8%で地上の評価実績と同等であり、長期間の繰り返し使用を見込める結果が得られました。 関連記事 JAXAと日立造船との共同研究 世界初、宇宙での全固体リチウムイオン電池の充放電機能を確認 関連記事 全固体電池AS-LiB®の用途と事例紹介 |
執筆者
カナデビア株式会社 開発本部 電池事業推進室
機械加工技術を活用した独自の製造方法によりAS-LiB®（All-Solid-state Lithium-ion Battery)を開発しました。 |
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