蓄電池システム（Vol.8） - JST · 蓄電池システム（Vol.8）－全固体リチウムイオン電池の製造コスト計算と研究課題－ Secondary Battery System

低炭素社会の実現に向けた技術および経済・社会の定量的シナリオに基づく

イノベーション政策立案のための提案書

国立研究開発法人科学技術振興機構低炭素社会戦略センター

Proposal Paper for Policy Making and Governmental Actiontoward Low Carbon Societies

蓄電池システム（Vol.8）－全固体リチウムイオン電池の製造コスト計算と研究課題－

Secondary Battery System (Vol.8):Cost Evaluation and Technological Challenges of an All-solid-state Lithium-ion Battery

令和2年 3月

LCS-FY-2019-PP-12

国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）低炭素社会戦略センター（LCS）

低炭素社会実現に向けた政策立案のための提案書蓄電池システム（Vol.8）　　　　　令和2年3月

低炭素社会実現に向けた政策立案のための提案書蓄電池システム（Vol.8）令和 2 年 3 月

リチウムイオン電池（LIB）、電動の動体用電発電・力発電の

可能エネルギーをにするための蓄電システムに用お、可能低

炭素社会の実現にる要技術要素の 1 でるしし、LIB に可性の機電解が

いるため・電した合に発・発をるとがる

年、LIB のエネルギー密度化ととに全性にする要がる、機電解の代

に機固体電解質を用いるが目いる本提案書で、電解質に硫化物系固体電解

質を用いた全固体 LIB にを、ネートセルを計し製造コストを計算したの

結果、全固体 LIB の現デルの製造コスト 6 1 35 6 /W h で、 LIB（14 /W h ）の

4 25 いでた全固体 LIB の製造コストがるとし、（1）固体電解質

の価がいと、（2）固体電解質の用がいと、（3）硫化物系固体電解質を用いると

による製造プロセスコストがいとがる製造コストと電池性能の要水を

たす全固体 LIB とするに、の物性（リチウムイオン性、化学・電化学

性、低プスでを形成しる性）をし、、価に提しる製

造プロセスとる固体電解質材料をするとが要でる

S u m m a r y T h e l i t h i u m - i o n b a t t e r y ( LIB) i s u s e d i n s t a t i o n a r y p o w e r s t o r a ge s y s t e m s t o s t a b l y s u p p l y r e n e w a b l e

e n e r gy s u c h a s s o l a r p o w e r a n d w i n d p o w e r , a n d i n m o b i l e p o w e r s o u r c e s s u c h a s e l e c t r i c v e h i c l e s , a n d i s a n i m p o r t a n t t e c h n i c a l e l e m e n t i n a c h i e v i n g a s u s t a i n a b l e l o w c a r b o n s o c i e t y . H o w e v e r , b e c a u s e LIB c o n t a i n s a f l a m m a b l e o r ga n i c e l e c t r o l y t e , t h e r e i s a c o n c e r n t h a t l e a ka ge o r a n i n t e r n a l s h o r t - c i r c u i t o r o v e r c h a r gi n g m a y c a u s e i gn i t i o n o r e x p l o s i o n . In r e c e n t y e a r s , a s t h e e n e r gy d e n s i t y o f LIBs h a s i n c r e a s e d a n d t h e d e m a n d f o r s a f e t y h a s i n c r e a s e d , a t t e m p t s t o u s e i n o r ga n i c s o l i d e l e c t r o l y t e s i n s t e a d o f o r ga n i c e l e c t r o l y t e s h a v e ga i n e d a t t e n t i o n . In t h i s p r o p o s a l a l a m i n a t e d c e l l w a s d e s i gn e d a n d t h e m a n u f a c t u r i n g c o s t w a s c a l c u l a t e d w i t h a f o c u s o n a n a l l - s o l i d - s t a t e LIB u s i n g a s u l f i d e - b a s e d s o l i d e l e c t r o l y t e a s t h e e l e c t r o l y t e . A s a r e s u l t , t h e m a n u f a c t u r i n g c o s t o f t h e c u r r e n t m o d e l o f a n a l l - s o l i d - s t a t e LIB i s 6 1 t o 35 6 J P Y / W h , w h i c h i s a b o u t 4 t o 25 t i m e s h i gh e r t h a n t h e c o n v e n t i o n a l LIB ( 14 J P Y / W h ) . T h e m a i n r e a s o n s f o r t h e h i gh m a n u f a c t u r i n g c o s t o f a l l - s o l i d - s t a t e LIBs a r e ( 1) t h e h i gh p r i c e o f t h e s o l i d e l e c t r o l y t e , ( 2) t h e l a r ge a m o u n t o f s o l i d e l e c t r o l y t e u s e d , a n d ( 3) t h e h i gh c o s t o f t h e m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s n e c e s s i t a t e d b y u s i n g a s u l f i d e - b a s e d s o l i d e l e c t r o l y t e . T o a c h i e v e a n a l l - s o l i d LIB t h a t m e e t s t h e r e q u i r e d l e v e l s o f m a n u f a c t u r i n g c o s t a n d b a t t e r y p e r f o r m a n c e , i t i s i m p o r t a n t t o p r o d u c e a s o l i d e l e c t r o l y t e m a t e r i a l h a v i n g t h e d e s i r e d p h y s i c a l p r o p e r t i e s ( go o d l i t h i u m i o n c o n d u c t i v i t y , c h e m i c a l a n d e l e c t r o c h e m i c a l s t a b i l i t y , f l e x i b i l i t y t o f o r m a go o d i n t e r f a c e w i t h l o w p r e s s u r e p r e s s i n g) a n d h a v i n g a m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s t h a t c a n o p e r a t e a t a l o w c o s t .


国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）低炭素社会戦略センター（LCS）




概要 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2. リチウムイオン電池 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2. 1 LIB の構成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2. 2 電解質に要物性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

3. 電解質材料のと研究動向 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3. 1 系電解質 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3. 2 固体電解質 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

4 . 全固体 LIB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4 . 1 全固体 LIB の構成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4 . 2 機固体電解質の . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

5 . 全固体 LIB の製造コストの計算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 5 . 1 評価用電池の計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 5 . 2 評価用電池のデルの計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 5 . 3 評価用電池の製造プロセス計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 5 . 4 製造コスト計算結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

6 . 全固体 LIB の技術課題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 6 . 1 製造コスト低にる課題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 6 . 2 機固体電解質の課題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

7. とめ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 7. 1 製造コスト計算結果にい . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 7. 2 低コスト化に向け . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

8 . の課題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）低炭素社会戦略センター（LCS）



1

1 .

リチウムイオン電池（LIB）、ル水素電池蓄電池、クスロー電池、トリ

ウム硫電池のの実用次電池と体た質たのエネルギー密度

が、・化するとが可能でるた、電が、サイクル

いのよ特、スマートン、電、ートコンのータル機

用電の、用途に用いるた、LIB 、電動（E V ）の動体用電

発電・力発電の可能エネルギーをにするための蓄電システム

に用お、低炭素社会の実現にる要技術要素の 1 でるしし、LIB に

可性の機電解がいるため・電した合に発・発を

るとがる年、LIB のエネルギー密度化ととに全性にする要がる

、機電解の代に機固体電解質を用いるが目いる本提案書で、電解

質に硫化物系固体電解質を用いた LIB にい、ネートセルを計し製造コストを計算

し、低コスト化にる技術課題をにするとを目とする

2 . ム電池

2.1 L I B の LIB 、極・極の活物質にリチウムイオンをたするとがでるホスト構造

をする材料を用い、の電極でリチウムイオンをするとで電がる

次電池でる LIB 、に、極、極、極極をるセータ、および、電

極とセータのをたす電解質で構成る電解質、電極でのリチウムイオンの

を可能にするので、に機電解とリチウムで構成た系電解質が用い

いる系電解質、炭エステルのエチンーネート（E C ）プロ

ンーネート（P C ）と、炭エステルでるジチルーネート（D M C ）エチルチ

ルーネート（E M C ）とを合した機に、Li P F 6 のリチウムを 1M 度解た

機電解をースとしお、用途ににがいる本提案書で、

のよ系電解質を用いたリチウムイオン電池を LIB とす 2.2 電に

LIB の電解質に要物性とし、リチウムイオンがいと、用可能度

がいと、全性（性、性）がいと、電がいと（極極で

化にいと）、化学にでると、価でるとがる

[ 1] リチウムイオンにい、リチウムイオンのがの指とし用いる[ 1]

電解質におい、イオン（チオンおよびたアオン）がリアと電荷を

とで電がるで、るイオンによる電の合をのイオンの t とい（0 t 1）上したよに、LIB 極極でリチウムイオンをすとによ電池

をるため、リチウムイオンのがリアとるとがしいしし、 LIBで電池にしいウンターアオンリアとし動ししのと

機電解でたリチウムイオンのイオンがいとし、 LIB のリ

チウムイオンの t 0. 5 でる[ 1,2] た、LIB の用度用途によるが、 30 6 0 で動しるとがし

いとる[ 1] しし、 LIB の系電解質、で機電解の発化が

2 国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）低炭素社会戦略センター（LCS）



2

す、低でリチウムイオンが低する向にるため、・低で電池性能

が低するのと、 C o 系極、炭素系極を用いた LIB の合、電に

おける度 10 4 5 とる[ 3] に、機電解可性でるため、け

で、電した合に発発がるといる[ 4 ] 、

機電解電池電が 4 . 2V 上にると解ししため[ 5 ] 、エネルギー密度の電池

計におい電極材料のに制がるのよに、 LIB に用る系電解質にした課題がるが、る性能化

に向け開発が進めいる年、LIB のエネルギー密度化ととに全性にする要

がる、電解質のアプローチするに目が集いる

3 . 電の向

電解質、の形系電解質と固体電解質にる 3.1 電

系電解質にい、に、ーネート系、エーテル系、トリル系、ジトリル系、ス

ルホン系のに 1M 度のリチウムを解た機電解系と、と

る発性のイオン体系がいる特に全性の向上を目とし、性電解質

よリチウムの、水系電解質の開発、新の用の研究が

いる[ 6 ] 年、のによのリチウムを解た電解（度電解）

が開発、水リントリチルを用いた度電解が発リスクを低る

といとが報告いる[ 7,8 ] 3.2 電固体電解質、の構成成の機リマー系と機固体系にる

（1）機リマー系機リマー系に、機リマーと電解質のる固体子電解質（P P E ）と、

P P E に可とし機をた子ル電解質（G P E ）がる機リマーとし、

に、リエチンオシ（P E O ）系、化リデン（V D F ）と化プロン（H F P ）のコリマー（P ( V D F - H F P ) ）系、リチルタクリル（P M M A ）リアクリロトリル（P A N ）

のアクリル系がる G P E 、P P E のリチウムイオンを向上る方策とし

開発たが、P E O 系 P ( V D F - H F P ) 系の機リマーを用いた G P E 、実用 LIBに用いる[ 9 ] のよ機リマー系固体電解質を用いた LIB がに

るが、機材料で構成るため、とし発のリスクする（2）機固体系

材料の機固体系にい、の材料がいる体に、化物系、硫化物系、水

素化物系、ロン化物系、ホウ・リン系が、特に化物系と硫化物系が

にいる 1 にいの機固体電解質をする化物系、化学および電化学性お、P e r o v s ki t e 、N A S IC O N 、LIS IC O N

、G a r n e t の結性材料スセクス材料をにいるでのリチウ

ムイオン 10- 6 10- 3 S c m - 1 度で、 LIB の系電解質（10- 2 S c m - 1）と低

い




3

硫化物系、化物系よリチウムイオン（10-4 10-2 S cm-1）がい向に、Thio-LISICON 、LGPS（Li10GeP2S12）、Argyrodite 、Li7P3S11 の結性材料、た、Li2S-P2S5系

のスセクス材料ス材料がいる硫化物系材料体が

可性をするので、でのプスによ固体固体を形成しす、粒aを制するとが可能でる

電の

a) 結体におい 2 上の結のにするでの電のと

/

ﾞ

ﾓﾙ

h

ﾞ

ﾞ

ﾞ

ﾞ

ﾞ

ﾞ

ﾞ

ﾞ


2

す、低でリチウムイオンが低する向にるため、・低で電池性能

が低するのと、 C o 系極、炭素系極を用いた LIB の合、電に

おける度 10 4 5 とる[ 3] に、機電解可性でるため、け

で、電した合に発発がるといる[ 4 ] 、

機電解電池電が 4 . 2V 上にると解ししため[ 5 ] 、エネルギー密度の電池

計におい電極材料のに制がるのよに、 LIB に用る系電解質にした課題がるが、る性能化

に向け開発が進めいる年、LIB のエネルギー密度化ととに全性にする要

がる、電解質のアプローチするに目が集いる

3 . 電の向

電解質、の形系電解質と固体電解質にる 3.1 電

系電解質にい、に、ーネート系、エーテル系、トリル系、ジトリル系、ス

ルホン系のに 1M 度のリチウムを解た機電解系と、と

る発性のイオン体系がいる特に全性の向上を目とし、性電解質

よリチウムの、水系電解質の開発、新の用の研究が

いる[ 6 ] 年、のによのリチウムを解た電解（度電解）

が開発、水リントリチルを用いた度電解が発リスクを低る

といとが報告いる[ 7,8 ] 3.2 電固体電解質、の構成成の機リマー系と機固体系にる

（1）機リマー系機リマー系に、機リマーと電解質のる固体子電解質（P P E ）と、

P P E に可とし機をた子ル電解質（G P E ）がる機リマーとし、

に、リエチンオシ（P E O ）系、化リデン（V D F ）と化プロン（H F P ）のコリマー（P ( V D F - H F P ) ）系、リチルタクリル（P M M A ）リアクリロトリル（P A N ）

のアクリル系がる G P E 、P P E のリチウムイオンを向上る方策とし

開発たが、P E O 系 P ( V D F - H F P ) 系の機リマーを用いた G P E 、実用 LIBに用いる[ 9 ] のよ機リマー系固体電解質を用いた LIB がに

るが、機材料で構成るため、とし発のリスクする（2）機固体系

材料の機固体系にい、の材料がいる体に、化物系、硫化物系、水

素化物系、ロン化物系、ホウ・リン系が、特に化物系と硫化物系が

にいる 1 にいの機固体電解質をする化物系、化学および電化学性お、P e r o v s ki t e 、N A S IC O N 、LIS IC O N

、G a r n e t の結性材料スセクス材料をにいるでのリチウ

ムイオン 10- 6 10- 3 S c m - 1 度で、 LIB の系電解質（10- 2 S c m - 1）と低

い




4

研究動向機固体電解質を用いた LIB（全固体 LIB）、固体電解質のイオンが低いと電解

質電極の固体固体のがいとによがるを

低るにイオンをるとが案と、スタを用い電極を

形成した電池形（電池）がた[ 32] 19 8 3 年に Li 3. 6 S i 0. 6 P 0. 4 O 4 を固体電解質と

し用いた電池がめ報告[ 33] 、に Li P O N （Li 3. 3P O 3. 8 N 0. 22）の化物系

化物系の固体電解質を用いたが報告た[ 32] 年で実用化が進めお、

センサ体機にする電用途、た、Io T センサ用電とし期

いる[ 32] しし、の形の電池電極いため LIB よがい

LIB のをるに電極をした電池形（ルク電池）とする要がる

ルクの全固体 LIB を動るためにがお、特に、( i ) で

のイオンがい材料のと、( i i ) 固体電解質電極固体電解質固体電解質での

の低にる研究がにいる上 ( i ) の材料にい、上したよにの材料がいる年、にお

い系電解質た上にいリチウムイオンをす硫化物系固体電解質が報告

[ 19 ,20,23] （ 1 ）、た、Li 2S - P 2S 5 系固体電解質にい素をたウ素を

たするとによイオンを低ると性を向上ると

がでると報告 [ 34 ] 、硫化物系材料に目が集いる上 ( i i ) のの低にい、固体電解質電極のをしイオン

スをるとが案と、電極活物質粒子の上に固体電解質をコーティング

するのよにし、固体電解質と電極活物質を複合化するとがいる[ 2] た、

硫化物系固体電解質にい結るとが可能で、による密化

いる[ 2] に、年、Li 3P S 4 の硫化物系固体電解質と Li C o O 2 の極活物質ので

がる要の解が進め、のにイオンをするがる

とによがするとが報告た[ 35 , 36 ] 、極活物質のに Li 4 T i 5 O 12

Li N b O 3 の化物を層としするとで出力密度が LIB をるルで

向上すると報告た[ 35 , 37] のよ進によ、ルクの全固体 LIB にい硫化物系固体電解質を用い実用化

に向けたがすす活発にいる[ 38 , 39 , 4 0]

国の政策動向全固体 LIB 国プロジェクトによ研究が進いる ( i ) 米国で、エネルギー省（D O E ）のエネルギー先研究計画（A R P A - E ）が全固体 LIB を

とした研究開発プロジェクト「IO N IC S 」を2016 年に開始しいる[ 4 1] D O E の動技術（V T O ）

がする用電池の技術開発プロジェクトにおい全固体LIBの研究開発テーマが

、2019 年 8 月に、4 3 のプロジェクトをに総 5 9 00 ル、の固体電池のプロ

ジェクト（1A 固体電池材料開発、1B 固体電池ール開発、1C 固体電池デリング開発）に

計 15 00 ルの資を研究開発をるとを公しいる[ 4 2] た、国で、国エネルギー技術評価（K E T E P ）が 2012 年に策した「E V 用エネルギ

ーシステムローマプ」においコア技術の 1 とし全固体 LIB を、政算によ

る研究開発が学・研究機でいる[ 4 1] に、国で、第 13 次 5 年計画（2016 2020 年）の指に基いた「国研究開

発計画」におけるプログムの 1 とし全固体 LIB をいる[ 4 1]




5

( i i ) 国日本におい、新エネルギー・産業技術総合開発機構（N E D O ）が 2018 年 6 月に全固体リチ

ウムイオン電池を早期に実用化するための研究開発プロジェクトの第 2 期をスタートた

プロジェクト、科学技術振興機構（J S T ）が 2010 年にスタートた「先低炭素化技術開

発（A LC A ）」の特技術「次世代蓄電池（A LC A - S P R IN G ）」研究開発プロジェクトの

をいでお、動・蓄電池・材料ーー23 社および学・公研究機 15 法人が

し、全固体 LIB の要素技術の立、プロトタイプセルでの材料特性産プロセス・E Vの合性を評価する技術の開発にので、業総 100 をしいる

[ 4 3] プロジェクトで、次世代全固体 LIB を用いた用電池クにい、2030 年にエ

ネルギー密度 4 00W h /kg、8 00W h /L、コスト 1 /kW h としるとをいる[ 4 1]体開発目とし、2019 年 7 月の「2019 年度 N E D O 次世代電池・水素成果報告会」にお

い、2022 年に、系極、炭素系極、硫化物系固体電解質を用いた第世代全固体電池で

4 5 0W h /L、に次世代全固体電池で 8 00W h /L を目指すとを公しいる[ 4 4 ]

4 . LIB

4 .1 L I B の全固体 LIB 、に、極、極、極極を、をたす機固体電解質

で構成る（ 1）の電池 LIB のセータと電解のを機固体電解質に

したので、電極電極集電体と電極合層で構成、電極合層電極活物質と固体電

解質とインーで構成る動 LIB と、電極でリチウムイオンを

するとで電がる

1 LIB の

4 .2 電の機固体電解質を LIB に用したに、のよ果が期る[ 2] ・性のため、全性をめる


4

研究動向機固体電解質を用いた LIB（全固体 LIB）、固体電解質のイオンが低いと電解

質電極の固体固体のがいとによがるを

低るにイオンをるとが案と、スタを用い電極を

形成した電池形（電池）がた[ 32] 19 8 3 年に Li 3. 6 S i 0. 6 P 0. 4 O 4 を固体電解質と

し用いた電池がめ報告[ 33] 、に Li P O N （Li 3. 3P O 3. 8 N 0. 22）の化物系

化物系の固体電解質を用いたが報告た[ 32] 年で実用化が進めお、

センサ体機にする電用途、た、Io T センサ用電とし期

いる[ 32] しし、の形の電池電極いため LIB よがい

LIB のをるに電極をした電池形（ルク電池）とする要がる

ルクの全固体 LIB を動るためにがお、特に、( i ) で

のイオンがい材料のと、( i i ) 固体電解質電極固体電解質固体電解質での

の低にる研究がにいる上 ( i ) の材料にい、上したよにの材料がいる年、にお

い系電解質た上にいリチウムイオンをす硫化物系固体電解質が報告

[ 19 ,20,23] （ 1 ）、た、Li 2S - P 2S 5 系固体電解質にい素をたウ素を

たするとによイオンを低ると性を向上ると

がでると報告 [ 34 ] 、硫化物系材料に目が集いる上 ( i i ) のの低にい、固体電解質電極のをしイオン

スをるとが案と、電極活物質粒子の上に固体電解質をコーティング

するのよにし、固体電解質と電極活物質を複合化するとがいる[ 2] た、

硫化物系固体電解質にい結るとが可能で、による密化

いる[ 2] に、年、Li 3P S 4 の硫化物系固体電解質と Li C o O 2 の極活物質ので

がる要の解が進め、のにイオンをするがる

とによがするとが報告た[ 35 , 36 ] 、極活物質のに Li 4 T i 5 O 12

Li N b O 3 の化物を層としするとで出力密度が LIB をるルで

向上すると報告た[ 35 , 37] のよ進によ、ルクの全固体 LIB にい硫化物系固体電解質を用い実用化

に向けたがすす活発にいる[ 38 , 39 , 4 0]

国の政策動向全固体 LIB 国プロジェクトによ研究が進いる ( i ) 米国で、エネルギー省（D O E ）のエネルギー先研究計画（A R P A - E ）が全固体 LIB を

とした研究開発プロジェクト「IO N IC S 」を2016 年に開始しいる[ 4 1] D O E の動技術（V T O ）

がする用電池の技術開発プロジェクトにおい全固体LIBの研究開発テーマが

、2019 年 8 月に、4 3 のプロジェクトをに総 5 9 00 ル、の固体電池のプロ

ジェクト（1A 固体電池材料開発、1B 固体電池ール開発、1C 固体電池デリング開発）に

計 15 00 ルの資を研究開発をるとを公しいる[ 4 2] た、国で、国エネルギー技術評価（K E T E P ）が 2012 年に策した「E V 用エネルギ

ーシステムローマプ」においコア技術の 1 とし全固体 LIB を、政算によ

る研究開発が学・研究機でいる[ 4 1] に、国で、第 13 次 5 年計画（2016 2020 年）の指に基いた「国研究開

発計画」におけるプログムの 1 とし全固体 LIB をいる[ 4 1]




6

・系電解質と、電解質をリチウムイオンのが動するのため、ウンターア

オンによるがにいと、電池の性能向上化が期る・系電解質よ・低での化学性にるため、 LIB の制をる

よい度（ 30 100 ）で用でる可能性がる・系電解質と性のい電極材料、電解で解た電解を解しし

材料電材料を用でる可能性が、るエネルギー密度化が期

る・電池構成材料が全固体とるため、イー構造 b が用でる可能性が、電池構造

エネルギー密度の向上にアプローチするとに期る[ 32]

5 . LIB のスの

本提案書で、硫化物系固体電解質を用いたルクの全固体 LIB にい、 LIB の電池

と製造プロセスをにし、ネートの評価用電池との製造プロセスを計し、製

造コストを計算したで、現の技術水をした計を現デルとす 5 .1 電池の

2 に評価用ネート全固体 LIB の構成概をす評価用電池、セル（極集電

体極合層固体電解質層極合層極集電体のにた構成）を複

た層セルをウチ材のでた構造としたた、のセルに子をし、層セ

ルにおい電ににるとをした

2 LIB の（）

（1）電池法

2 に評価用電池の形と極集電体の法をす電池法の V e r . 1 する製造プロセ

スをし計し、V e r . 2 LIB のをにし計した現デルにおい、

電池法 V e r . 1 の計を現デル 1 とし、V e r . 2 の計を現デル 2 とした

b ) で、集電体のに極合層、方のに極合層を形成したイー電極と固体電解質層

をに層した構造のとをい

電体

固体電解質

電体




7

2 電池の電の

（2）電池構成

3 に現デル 2 の電池構成をす電極活物質、 LIB と、極活物質に

Li ( N i 0. 8 5 C o 0. 12A l 0. 03) O 2（N C A とす）、極活物質に（C 6 ）を用いるのとした固体電解質

、固体電解質層と電極合層のを構成するので、材層にいした

材料をするとお、層でる固体電解質をしたる [ 4 5 ]で、コスト計算を化するためにい材料を用いるのとした固体電解質材料に

い、特においよ用いいる硫化物系固体電解質 Li 2S - P 2S 5 系の化学

性がいとる 75 Li 2S - 25 P 2S 5 をした電極合層の構成、、および、固体電

解質層のにい、アリング [ 4 6 ] をにし計したた、極活物質と硫化

物系固体電解質のを制するため、極活物質のに Li N b O 3 をするのとし

た

3 現 2 の電池

5 .2 電池のの 4 に評価用電池のデルの電池構成と製造をす LIB にい、全固体 LIBとのウチ材で計した電池構成をす全固体 LIB の現デル 1,2 、

LIB の 6 7 度のエネルギー密度（18 9 19 4 W h /kg）をする計とた案 1 4 、

エネルギー密度を向上るために現デル 2 のをしたので、案 1 で

電極合層をし、案 2 で製造を向上、案 3 で産度の産

電 Ver.1 Ver.2

[mm×mm× mm] 113×108× 4 261×216× 8

電体 [mm×mm] 100×100 240×200

製

[g/ ]

[ ]

[ m]

電

[ ]

電

体

[ ]

Li(Ni0.85Co0.12Al0.03)O2 284

0.40 70

67.8 45.4

LiNbO3 1.7 0.4 0.3

ﾞﾞ電 11 2.7 6.4

固体電解質 75Li2S-25P2S5) 122 29.1 47.9

電体 Al 51 0.05 18

C6 189

0.32 80

57.4 53.3

ﾞﾞ 14 4.3 5.6

固体電解質 75Li2S-25P2S5) 126 38.3 41.1

電体 Cu 72 0.07 8

固体電解質固体電解質 75Li2S-25P2S5) 137 0.13 30

7.2

0.03

11

12

1,038 1.0


6

・系電解質と、電解質をリチウムイオンのが動するのため、ウンターア

オンによるがにいと、電池の性能向上化が期る・系電解質よ・低での化学性にるため、 LIB の制をる

よい度（ 30 100 ）で用でる可能性がる・系電解質と性のい電極材料、電解で解た電解を解しし

材料電材料を用でる可能性が、るエネルギー密度化が期

る・電池構成材料が全固体とるため、イー構造 b が用でる可能性が、電池構造

エネルギー密度の向上にアプローチするとに期る[ 32]

5 . LIB のスの

本提案書で、硫化物系固体電解質を用いたルクの全固体 LIB にい、 LIB の電池

と製造プロセスをにし、ネートの評価用電池との製造プロセスを計し、製

造コストを計算したで、現の技術水をした計を現デルとす 5 .1 電池の

2 に評価用ネート全固体 LIB の構成概をす評価用電池、セル（極集電

体極合層固体電解質層極合層極集電体のにた構成）を複

た層セルをウチ材のでた構造としたた、のセルに子をし、層セ

ルにおい電ににるとをした

2 LIB の（）

（1）電池法

2 に評価用電池の形と極集電体の法をす電池法の V e r . 1 する製造プロセ

スをし計し、V e r . 2 LIB のをにし計した現デルにおい、

電池法 V e r . 1 の計を現デル 1 とし、V e r . 2 の計を現デル 2 とした

b ) で、集電体のに極合層、方のに極合層を形成したイー電極と固体電解質層

をに層した構造のとをい

電体

固体電解質

電体




8

を向上るとに製造の制を LIB でし、案 4 で電極合

層の固体電解質を低し固体電解質層をする計とした、案 1 4 の

要素を合デル 1 を計し、に、電極材料にたデル 2、3 を計したデル 1 3 、 LIB とた上のエネルギー密度（デ

ル 1 278 W h /kg、デル 2 4 4 1 W h /kg、デル 3 78 8 W h /kg）をする計とた

4 電池のの電池

5 .3 電池のス本提案書のネート全固体 LIB の製造プロセス、でに LC S で成した LIBの製造プロセスを基にし、固体電解質にるプロセスを新たに計し構成した 3 に評価用

ネート全固体 LIB の製造プロセスをす固体電解質と極活物質し

するのとし、のにい特のをしいのとした全固体 LIB

来現状ﾓﾃﾞﾙ現状ﾓﾃﾞﾙ改良案改良案改良案改良案

電 6 6 6

［ h/ ］

［］

［］

［］ 131 150 16

電 ver.2 ver.1 ver.2 ver.2 ver.2 ver.2 ver.2

ﾙ［］ 36 20 39 23 39 39 44

電電［ / ］ 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6

［Wh/ ］ 288 21 200 221 200 200 280

［ / ］ 1,005 113 1,033 1,009 1,033 1,033 1,110

Wh/ で製［］ 35 468 50 45 50 50 36

質［］ 66 64 64 64 88 64 64

現状ﾓﾃﾞﾙ固体電解質で電解質

ﾙ電製造製造固体電解質

固体電解質

：製造来

電 6

質固体電解質

質固体電解質

電解質

製造

将来ﾓﾃﾞﾙ将来ﾓﾃﾞﾙ将来ﾓﾃﾞﾙ

電 6 Li1.2Ti0.4Mn0.4O2

［ h/ ］

［］

［］

［］

電 ver.2 ver.2 ver.2

ﾙ［］ 26 18 57

電電［ / ］ 3.6 3.0 2.2

［Wh/ ］ 310 470 438

［ / ］ 1,117 1,066 555

Wh/ で製［］ 32 21 23

質［］ 88 88 88

現状ﾓﾃﾞﾙ改良案電改良案

電改良案

固体電解質

将来電［］［］

製造

電解質

質固体電解質

質固体電解質

電




9

、固体電解質、セル層・プスを極活物質コーティング、

特（[49] ）をにし機構成とをした固体電解質スリー化と

固体電解質、 LIB の電極合のスリー化とを基に計したセル

層・プス、特（[50] ）をにし機構成とをした体

に、スタングを用い電極シートをに層セルを形成し、プス機を用

い、 4MPa で 1 プスするのとしたでしたいため、現

デル 1 で現産るプス機を用でるよ電池法 Ver.1 の計としたた、

評価用電池の固体電解質硫化物系でるため、でで、水とすると硫化

水素スが発するのため、固体電解質をにい、 LIB の製造よ

しい制とるをし、制にるをオサイトにめるの

とした評価用ネート全固体 LIB の産、年産 10GWh の製造プントをしたた、

現デルの評価用電池のにい 64 （極活物質基）とした製造コスト、

製造に動と固めた動、する材料と、製造に要する電力・

料・業用水の用る固、製造プロセスを構成する製造機に基

と、の業に要人算出した人る

のス

. ス

（1）現デル 5 に LIB と評価用全固体 LIB の現デル 1,2 の製造コスト計算結果をす固体電解

質 75Li2S-25P2S5 産化いいため、現デル 1,2 で固体電解質価を 10,000100,000 kg とし計算した全固体 LIB の現デル 1 の製造コスト 89 356 Wh、現デル 2 61 328 Wh で、 LIB（14 Wh）の 4 上いとた特に

材料とがで、材料にい固体電解質の価にると

がた現デル 1 と現デル 2 エネルギー密度にいいしし、 4 にすよ

に、現デル 1 、現デル 2 よ電池法が、電池 1 たのが 1 10


8

を向上るとに製造の制を LIB でし、案 4 で電極合

層の固体電解質を低し固体電解質層をする計とした、案 1 4 の

要素を合デル 1 を計し、に、電極材料にたデル 2、3 を計したデル 1 3 、 LIB とた上のエネルギー密度（デ

ル 1 278 W h /kg、デル 2 4 4 1 W h /kg、デル 3 78 8 W h /kg）をする計とた

4 電池のの電池

5 .3 電池のス本提案書のネート全固体 LIB の製造プロセス、でに LC S で成した LIBの製造プロセスを基にし、固体電解質にるプロセスを新たに計し構成した 3 に評価用

ネート全固体 LIB の製造プロセスをす固体電解質と極活物質し

するのとし、のにい特のをしいのとした全固体 LIB

来現状ﾓﾃﾞﾙ現状ﾓﾃﾞﾙ改良案改良案改良案改良案

電 6 6 6

［ h/ ］

［］

［］

［］ 131 150 16

電 ver.2 ver.1 ver.2 ver.2 ver.2 ver.2 ver.2

ﾙ［］ 36 20 39 23 39 39 44

電電［ / ］ 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6

［Wh/ ］ 288 21 200 221 200 200 280

［ / ］ 1,005 113 1,033 1,009 1,033 1,033 1,110

Wh/ で製［］ 35 468 50 45 50 50 36

質［］ 66 64 64 64 88 64 64

現状ﾓﾃﾞﾙ固体電解質で電解質

ﾙ電製造製造固体電解質

固体電解質

：製造来

電 6

質固体電解質

質固体電解質

電解質

製造


電 6 Li1.2Ti0.4Mn0.4O2

［ h/ ］

［］

［］

［］

電 ver.2 ver.2 ver.2

ﾙ［］ 26 18 57

電電［ / ］ 3.6 3.0 2.2

［Wh/ ］ 310 470 438

［ / ］ 1,117 1,066 555

Wh/ で製［］ 32 21 23

質［］ 88 88 88


電改良案

固体電解質

将来電［］［］

製造

電解質

質固体電解質

質固体電解質

電




10

度でるため、年産（10G W h /y ）が合に製を現デル 2 の 9 産し

け、にしたが要とるのため、現デル 1 現デル 2と 28 /W h いとた現デル 2 を基にしる

5 LIB LIB の現 1 , 2 のス

4 に LIB と評価用全固体 LIB の現デル 2 の材料のをすで、固体

電解質の価を 10,000 /kg とした合の材料をす現デル 2 の材料におい

、極合層が全体の 39 （14 . 8 /W h ）、極合層 30 （11. 8 /W h ）、固体電解質層

27 （10. 5 /W h ）をめた 4 におい、極合層と極合層の材料にい、

LIB との電極活物質の成の用と固体電解質の用をけすの電極活物

質の用にい、 LIB（極 5 . 1 /W h 、極 1. 9 /W h ）との（極 5 . 3/W h 、極 2. 1 /W h ）でたの固体電解質にいよ用合が

、極合層全体の 6 4 （9 . 5 /W h ）と極合層全体の 8 2 （9 . 7 /W h ）でた電池

全体の固体電解質の材料をとめると、29 . 7 /W h と、材料全体の 76 をめた

4 LIB LIB の現 2 のの（電 1 0 , 0 0 0 / k g た）

来現状ﾓﾃﾞﾙ現状ﾓﾃﾞﾙ

電 6 6 6

ﾙﾞ［Wh/ ］ 287 189 194

体ﾙﾞ［Wh/ ］ 661 419 452

固体電解質［円/ ］ -

［円/Wh］ 11

［円/Wh］ 0.5 7.1 6.2

固［円/Wh］ 1.7 37 15

［円/Wh］ 0.4 5.7 0.8

［円/Wh］ 14

固体

製造

電




11

5 に現デル 2 ののをす現デル 2 のにおい、セル層・プ

スが全体の 44 （6.8 Wh）をめ、次いでオサイトが 35 （5.3 Wh）をめた

オサイト上したよに製造の制にるを硫化物系固体電解質、

でイオン性をし、た、材料体が、にしプ

スするとでを形成しるとる方、水との性がいのよ特性

、硫化物系固体電解質を用いた全固体 LIB の製造に、プスと固体電解質の

制が要でるが、が現デルにおいをにし上る要とた

現のの

（2）案 6 に評価用全固体 LIB の現デル 2 の電池計・製造プロセスのをした

案 1 4 の製造コスト計算結果をす固体電解質 75Li2S-25P2S5 の価にい、、産

化すよ価にるとをし 3,000 10,000 kg とした全固体 LIB の案 1の製造コスト 35 52 Wh、案 2 33 48 Wh、案 3 22 43 Wh、案 4

29 39 Wh でた 6 に評価用全固体 LIB の現デル 2 と案 1 4 の製造コスト

のをすで、固体電解質の価を 10,000 Wh とした合の製造コストを

す案 1 4 の製造コストにい、電極合層のを現デル 2 の 2 とすると

（案 1）で現デル 2 と 15 低し、製造を 64 88 とすると（案

2）で 21 、産の向上と固体電解質の制の（案 3）によ 30 、

固体電解質の低（案 4）によ 36 低したの結果、材料の制

に固体電解質のを低すると、た、・用の制に産を向上

るとと固体電解質の制を LIBの製造ルでするとが

要でるとがた


10

度でるため、年産（10G W h /y ）が合に製を現デル 2 の 9 産し

け、にしたが要とるのため、現デル 1 現デル 2と 28 /W h いとた現デル 2 を基にしる

5 LIB LIB の現 1 , 2 のス

4 に LIB と評価用全固体 LIB の現デル 2 の材料のをすで、固体

電解質の価を 10,000 /kg とした合の材料をす現デル 2 の材料におい

、極合層が全体の 39 （14 . 8 /W h ）、極合層 30 （11. 8 /W h ）、固体電解質層

27 （10. 5 /W h ）をめた 4 におい、極合層と極合層の材料にい、

LIB との電極活物質の成の用と固体電解質の用をけすの電極活物

質の用にい、 LIB（極 5 . 1 /W h 、極 1. 9 /W h ）との（極 5 . 3/W h 、極 2. 1 /W h ）でたの固体電解質にいよ用合が

、極合層全体の 6 4 （9 . 5 /W h ）と極合層全体の 8 2 （9 . 7 /W h ）でた電池

全体の固体電解質の材料をとめると、29 . 7 /W h と、材料全体の 76 をめた

4 LIB LIB の現 2 のの（電 1 0 , 0 0 0 / k g た）

来現状ﾓﾃﾞﾙ現状ﾓﾃﾞﾙ

電 6 6 6

ﾙﾞ［Wh/ ］ 287 189 194

体ﾙﾞ［Wh/ ］ 661 419 452

固体電解質［円/ ］ -

［円/Wh］ 11

［円/Wh］ 0.5 7.1 6.2

固［円/Wh］ 1.7 37 15

［円/Wh］ 0.4 5.7 0.8

［円/Wh］ 14

固体

製造

電




12

6 LIB の案 1 4 のス

6 LIB の現 2 案 1 4 のスの

（電 1 0 , 0 0 0 / k g た）

（3）デル 7 に評価用全固体 LIB のデル 1 3 の製造コスト計算結果 c をす固体電解質 75 Li 2S -25 P 2S 5 の価にい、案 1 4 と、3,000 10,000 /kg とした上した案

1 4 の要素を合計したデル 1 の製造コスト 11 17 /W h 、に

電極材料を用いたデル 2 7. 7 11 /W h 、デル 3 5 . 8 9 . 2 /W h でた

のよに、デル 1 3 のよ電池計・プロセス計にするとがで、 LIB の

製造コスト（14 /W h ）をる可能性がる

c ) デル 2、3 の電極材料の価にいのよにした

Li 1. 2T i 0. 4 M n 0. 4 O 2 N C A と、S i C 6 の 1. 5 、S 30 /kg、Li 10,000 /kg

0

10

20

30

40

50

60

70

現状ﾓﾃﾞﾙ2 改良案1 改良案2 改良案3 改良案4

製造

コスト［円

/Wh］

現状ﾓﾃﾞﾙ改良案改良案改良案改良案

電 6

ﾙﾞ［Wh/ ］ 194 219 194 194 252

体ﾙﾞ［Wh/ ］ 452 495 452 452 631

固体電解質［円/ ］

［円/Wh］

［円/Wh］ 6.2 5.5 5.4 0.9 4.4

固［円/Wh］ 15 13 13 2.7 11

［円/Wh］ 0.8 0.7 0.7 0.4 0.6

［円/Wh］

現状ﾓﾃﾞﾙ電製造製造固体電解質

6

電

製造




13

7 LIB の 1 3 のス

6 . LIB の

6 .1 ス低に上したよに、評価用全固体 LIB の現デル 2 の製造コスト材料とがい

の要、材料にい（1）固体電解質の価がいと、（2）固体電解質の用

がいと、にい（3）硫化物系固体電解質を用いるとによる製造プロセス

（プス、固体電解質の制）にるコストがいとでると、

の要素にい低コスト化をした（1）固体電解質の価固体電解質上したよに産化にいいため、本提案書で構成材料の価

をにししたが、実にの度の価にるでる評価用電池の硫

化物系固体電解質 75 Li 2S - 25 P 2S 5 Li 2S と P 2S 5 で構成るを構成する硫リン

価材料でるため、低価で提るとが期るしし、Li 2S リチウムを

と製造に硫化水素スを用すると、価ににいとるた、固

体電解質の製造にい、現いるル法による合成産性が低

産がとるのため、低価とするに、料が価で、産に

した製法とる固体電解質を開発するとが要でるの結果によ、 LIB の製

造コストを実現するために 3,000 /kg をる価での提がめるとがた（2）固体電解質の用

7 に評価用電池の電池と材料・エネルギー密度をす現デル 2 の電池

LIB とでるしし、極合層（固体電解質を）にい、 LIB全体の 4 3 でるにし、現デル 2 29 で全体にめる合がいた、

LIB のセータと電解のの電池全体の 14 でるのにし、にする現

デル2の固体電解質 37 （極合層 12 極合層 12 固体電解質層 13 ）

める電池全体にめる固体電解質のがる要とし、機固体電解質の密度

系電解質よ、 LIB の系電解質と度の体を用いた合で電池にめる

電解質のがいと、た、電極合層にめる固体電解質の構成がいと

固体電解質層が固体電解質の用がいとがる電極合の固体電解質、


電 6 Li1.2Ti0.4Mn0.4O2

ﾙﾞ［Wh/ ］ 278 441 788

体ﾙﾞ［Wh/ ］ 676 1,027 979


［円/Wh］

［円/Wh］ 0.6 0.3 0.3

固［円/Wh］ 1.8 0.9 1

［円/Wh］ 0.2 0.1 0.2

［円/Wh］


電改良案

製造

電


12

6 LIB の案 1 4 のス

6 LIB の現 2 案 1 4 のスの

（電 1 0 , 0 0 0 / k g た）

（3）デル 7 に評価用全固体 LIB のデル 1 3 の製造コスト計算結果 c をす固体電解質 75 Li 2S -25 P 2S 5 の価にい、案 1 4 と、3,000 10,000 /kg とした上した案

1 4 の要素を合計したデル 1 の製造コスト 11 17 /W h 、に

電極材料を用いたデル 2 7. 7 11 /W h 、デル 3 5 . 8 9 . 2 /W h でた

のよに、デル 1 3 のよ電池計・プロセス計にするとがで、 LIB の

製造コスト（14 /W h ）をる可能性がる

c ) デル 2、3 の電極材料の価にいのよにした

Li 1. 2T i 0. 4 M n 0. 4 O 2 N C A と、S i C 6 の 1. 5 、S 30 /kg、Li 10,000 /kg

0

10

20

30

40

50

60

70

現状ﾓﾃﾞﾙ2 改良案1 改良案2 改良案3 改良案4

製造

コスト［円

/Wh］

現状ﾓﾃﾞﾙ改良案改良案改良案改良案

電 6

ﾙﾞ［Wh/ ］ 194 219 194 194 252

体ﾙﾞ［Wh/ ］ 452 495 452 452 631


［円/Wh］

［円/Wh］ 6.2 5.5 5.4 0.9 4.4

固［円/Wh］ 15 13 13 2.7 11

［円/Wh］ 0.8 0.7 0.7 0.4 0.6

［円/Wh］

現状ﾓﾃﾞﾙ電製造製造固体電解質

6

電

製造




14

リチウムイオンスを形成しる度にするとが要でるた、固体電解

質層、 LIB のセータと、電極をるためにる度のを要するしし、

の報告お、が要でる電極合層にめる固体電

解質の構成をし、、電極合層のをした電池計をするとが可能と、

電池全体にめる電解質の用を低でるけで、エネルギー密度の向上期でる

デル 1 、電極合層の構成、固体電解質層のを LIB の電池構成に

計したので、電池全体にする極合層（固体電解質を）の 4 1 、

固体電解質（電極合層固体電解質層） 21 でるの度で固体電解質の用

をすとがで、材料をに低で、た、 LIB のエネルギー密度が

る可能性がる

7 電池の電池

（3）硫化物系固体電解質を用いるとによる製造プロセスのコスト

プス硫化物系固体電解質を用いた合、電極活物質固体電解質固体電解質固体電解質で

を形成するためにプスをする要がる現デル 2 の製造プロセス

のプスでの電池をする計で、プスと料を合タクトタイ

ム 3 としたの合、年 10G W h /y の電池を産するのにプス機が 370 要で

る産性をするために、プロセスにすると 1 のプスでのを

すとで産度を上るとが要で、製造プロセスを構築するとがめ

るた、をけるプス価でるため、よ低で形成をしる

固体電解質がい、るコストウンが期でる

0

200

400

600

800

1,000

1,200

来LIB 固体LIB

現状 2

固体LIB

将来 1

電［g］

電解

固体電解質

電体

固体電解質

電体

固体電解質

[円/Wh] 11 39 15

ﾙﾞ [Wh/ ] 287 194 278




15

固体電解質の制上したよに硫化物系固体電解質をで製造のを制しけ

い評価用電池の固体電解質硫化物系ので化学性がいとるため、

現デル 2 の製造プロセスで LIB の製造をースにし固体電解質を

にい素スを用い制する計とし、のとので素スを用で

るのとしたしし、の素スを用する電極合層固体電解質層のにおい

、化したスリーと・製るプロセスとし用で

いのとしたため、素スのがしたをするために、電極合層固

体電解質層を成形・層するにを極力用いいよにするとが案で、 LIB の

製法にに新た製造プロセスを構築するとがめるし、新た製造プロセ

スにい LIB と上の産度がめるた、 LIB の製造ルの

でとがでる固体電解質が出、コストウンが期でる 8 に評価用電池の製造コストをす案 3 、プスにるタクトタイムを現

デル 2 の 1/6 にするによ産をし、、製造の制を LIB とし

計したのでるお、産のに、 LIB の製造プロセスにしたの

産度が LIB とで向上し、セル層の電極シートのンリングにい

LIB とルとるといのよ計とす、現デル 2 のの

18 で低するとがでるた、上した電池計製造の向上（6 4 8 8 ）

計（デル 1）するとで、 LIB と度でを低でる可能性がる

8 電池のス

（電 1 0 , 0 0 0 / k g た）

6 .2 電の

機固体電解質、に、系電解質よでのリチウムイオンが低、た、

系電解質のよ電極にする性性がいのでイオンスを形成しに

いといがる材料にると、硫化物系固体電解質にい、上したよに性製法に課題が

るた、固体固体をるためにでプスするとが要でる

11

39 39

15

1.7

15

2.7

1.8

0

10

20

30

40

50

60

70

来LIB 固体LIB

現状ﾓﾃﾞﾙ2

固体LIB

改良案3

固体LIB

将来ﾓﾃﾞﾙ1

製造

コスト［円

/Wh］


14

リチウムイオンスを形成しる度にするとが要でるた、固体電解

質層、 LIB のセータと、電極をるためにる度のを要するしし、

の報告お、が要でる電極合層にめる固体電

解質の構成をし、、電極合層のをした電池計をするとが可能と、

電池全体にめる電解質の用を低でるけで、エネルギー密度の向上期でる

デル 1 、電極合層の構成、固体電解質層のを LIB の電池構成に

計したので、電池全体にする極合層（固体電解質を）の 4 1 、

固体電解質（電極合層固体電解質層） 21 でるの度で固体電解質の用

をすとがで、材料をに低で、た、 LIB のエネルギー密度が

る可能性がる

7 電池の電池

（3）硫化物系固体電解質を用いるとによる製造プロセスのコスト

プス硫化物系固体電解質を用いた合、電極活物質固体電解質固体電解質固体電解質で

を形成するためにプスをする要がる現デル 2 の製造プロセス

のプスでの電池をする計で、プスと料を合タクトタイ

ム 3 としたの合、年 10G W h /y の電池を産するのにプス機が 370 要で

る産性をするために、プロセスにすると 1 のプスでのを

すとで産度を上るとが要で、製造プロセスを構築するとがめ

るた、をけるプス価でるため、よ低で形成をしる

固体電解質がい、るコストウンが期でる

0

200

400

600

800

1,000

1,200

来LIB 固体LIB

現状 2

固体LIB

将来 1

電［g ］

電解

固体電解質

電体

固体電解質

電体

固体電解質

[円/Wh] 11 39 15

ﾙﾞ [Wh/ ] 287 194 278




16

方、化物系固体電解質にい、でのリチウムイオンが低、た、材料の

性がしいため粒がい粒を制するために、電極合層と固体電解質

層を層電池を形成したにい度で結るとが要でるが、の合、

電極合層の固体電解質と電極活物質がししおがる[ 2] のため、よ低

で結しる材料のが要でるた、機固体電解質を用いると、電池用に課題がるとの電極材料

電に体が化する全固体 LIB の合、電サイクルをすに電極固体電解

質でと、電池性能が低するとる硫化物系にい、電池

力をけたで動るとで電池性能の低を制でるとが報告お [ 5 1, 5 2] 、実用化するにを用するとする要がるた、電による体化が

にい電極を計すると要でる

7 . め

7.1 スに上におい、硫化物系固体電解質を用いた全固体 LIB にいネート電池との製造

にるプロセスを計し、製造コストを計算したデルの結果をとめ 9 にすめに、現の技術水をし評価用全固体 LIB の現デル 1,2 を計し製造コスト

を計算したの結果、現デル 1 の製造コスト 8 9 35 6 /W h 、現デル 2 6 1 328/W h で、 LIB（14 /W h ）の 4 25 いとるとがた現デルの

製造コスト材料とが、材料にい固体電解質が全体の 76 上をめ、

固体電解質の価と用にるとがたた、現デル 2 のに

い、セル層・プスが全体の 4 4 、次いでオサイトが全体の 35 をめお

（ 5 ）、硫化物系固体電解質を用いた全固体 LIB 特のプス制にる用が

するとがた次に、現デル 2 の電池計・製造プロセスのをし製造コストを計算した

の結果、電極合層のを現デル 2 の 2 とするとで現デル 2 の製造コスト

15 （案 1）、製造を 6 4 8 8 とするとで 21 （案 2）、産の向上と

固体電解質の制を LIB の製造ルでするとによ 30 （

案 3）、固体電解質の低によ 36 （案 4 ）低するとがたのと

、材料の制に固体電解質の用の低、た、・用の制に硫化物

系固体電解質を用いるとによる製造プロセスの産の向上制のが

要でるとがたに、上案 1 4 の要素を合デル 1 3 を計し製造コストを計

算したの結果、デル 1 の製造コスト 11 17 /W h 、に電極材料を用いる

とで LIB の製造コスト（14 /W h ）をる 7. 7 11 /W h （デル 2）た 5 . 89 . 2 /W h （デル 3）で低しるとがた




17

9 LIB のス 7.2 低スに向け全固体 LIB の現デルの製造コストがる、（1）固体電解質の価がいと、

（2）固体電解質の用がいと、（3）硫化物系固体電解質を用いるとによる製造プ

ロセス（プス、固体電解質の制）にるコストがいとでると、

にい低コスト化に向けをにする（1）固体電解質の価を低するに、料が価で、産にした製法の固体電解

質を開発するとが要でるの結果によ、 LIB の製造コストを実現す

るために 3,000 /kg をる価で提でるとがめるとる（2）固体電解質の用を低するに、電極合層の固体電解質がのよ・・

です、た、電極合層固体電解質層のがの度るを

にするとが要で、のでの電池計のを進するとが要でる（3）硫化物系固体電解質を用いるとによる製造プロセスのコストを低するに、

プス固体電解質の制にいのよが要とるプスにい産度がいとが課題で、1 のプスたのの

・のを可能する式た式のプロセスを構築するとが要で

るた、よ低で形成をしる固体電解質がい、価

のコストウンしるとに期でる固体電解質の制にい制に用いる素スがでるとが課

題で、、の素スを用する電極合層固体電解質層を成形・層す

るにいを極力用いいよにするとが案で、 LIB の製法に

に新た製造プロセスを構築するとが要でるし、新た製造プロセスに

い LIB と上の産度が要とるた、 LIB の製造ル

のでとがでる固体電解質が出、コストウンに期

でる

89

61

5248

4339

35 33

22

29

1711 11 9

8 60

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

製造

コスト［円/W

h］

14

354 328

現状ﾓﾃﾞﾙ1 現状ﾓﾃﾞﾙ2 将来ﾓﾃﾞﾙ1 将来ﾓﾃﾞﾙ2改良案1 改良案2 改良案3 改良案4

固体電解質 100,000円/kgで試算

固体電解質 10,000円/kgで試算

固体電解質 3,000円/kgで試算, ,

, , ,

将来ﾓﾃﾞﾙ3

：

：

：


16

方、化物系固体電解質にい、でのリチウムイオンが低、た、材料の

性がしいため粒がい粒を制するために、電極合層と固体電解質

層を層電池を形成したにい度で結るとが要でるが、の合、

電極合層の固体電解質と電極活物質がししおがる[ 2] のため、よ低

で結しる材料のが要でるた、機固体電解質を用いると、電池用に課題がるとの電極材料

電に体が化する全固体 LIB の合、電サイクルをすに電極固体電解

質でと、電池性能が低するとる硫化物系にい、電池

力をけたで動るとで電池性能の低を制でるとが報告お [ 5 1, 5 2] 、実用化するにを用するとする要がるた、電による体化が

にい電極を計すると要でる

7 . め

7.1 スに上におい、硫化物系固体電解質を用いた全固体 LIB にいネート電池との製造

にるプロセスを計し、製造コストを計算したデルの結果をとめ 9 にすめに、現の技術水をし評価用全固体 LIB の現デル 1,2 を計し製造コスト

を計算したの結果、現デル 1 の製造コスト 8 9 35 6 /W h 、現デル 2 6 1 328/W h で、 LIB（14 /W h ）の 4 25 いとるとがた現デルの

製造コスト材料とが、材料にい固体電解質が全体の 76 上をめ、

固体電解質の価と用にるとがたた、現デル 2 のに

い、セル層・プスが全体の 4 4 、次いでオサイトが全体の 35 をめお

（ 5 ）、硫化物系固体電解質を用いた全固体 LIB 特のプス制にる用が

するとがた次に、現デル 2 の電池計・製造プロセスのをし製造コストを計算した

の結果、電極合層のを現デル 2 の 2 とするとで現デル 2 の製造コスト

15 （案 1）、製造を 6 4 8 8 とするとで 21 （案 2）、産の向上と

固体電解質の制を LIB の製造ルでするとによ 30 （

案 3）、固体電解質の低によ 36 （案 4 ）低するとがたのと

、材料の制に固体電解質の用の低、た、・用の制に硫化物

系固体電解質を用いるとによる製造プロセスの産の向上制のが

要でるとがたに、上案 1 4 の要素を合デル 1 3 を計し製造コストを計

算したの結果、デル 1 の製造コスト 11 17 /W h 、に電極材料を用いる

とで LIB の製造コスト（14 /W h ）をる 7. 7 11 /W h （デル 2）た 5 . 89 . 2 /W h （デル 3）で低しるとがた




18

8. の

全固体 LIB の電池構成製造プロセス計、用いる固体電解質の特性にる製造コ

ストと電池性能の要水をたすために、の物性（リチウムイオン性、化学

・電化学性（ LIB の系電解質の性）、低プスでを形

成しる性）をし、、価に提しる製造プロセスとる固体電解質材料を

出すとが要で、のよの固体電解質の研究開発を進するとが要で

る

[1] , “ 動用リチウムイオン電池”, 日業新社, p.20-25, p.108-141, 2010. [2] 次 , “全固体電池の基と開発 ”, シーエムシー・リサーチ, 第 1, 2, 5, 6

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18

8. の

全固体 LIB の電池構成製造プロセス計、用いる固体電解質の特性にる製造コ

ストと電池性能の要水をたすために、の物性（リチウムイオン性、化学

・電化学性（ LIB の系電解質の性）、低プスでを形

成しる性）をし、、価に提しる製造プロセスとる固体電解質材料を

出すとが要で、のよの固体電解質の研究開発を進するとが要で

る

[1] , “ 動用リチウムイオン電池”, 日業新社, p.20-25, p.108-141, 2010. [2] 次 , “全固体電池の基と開発 ”, シーエムシー・リサーチ, 第 1, 2, 5, 6

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20

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[43] NEDO 国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構, “全固体リチウムイオン電

池の研究開発プロジェクトの第 2 期が始動 ―産学官の力が結集する体制を構築し、EV 用途

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2019 年 12 月 2 日） [44] NEDO 国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構, “「2019 年度 NEDO 次世代

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[47] 低炭素社会の実現に向けた政策立案のための提案書, 技術開発編, “蓄電池システム（Vol.5）—

Li-S 電池のコスト計算と研究開発課題—“, 科学技術振興機構低炭素社会戦略センター, 2018 年 1 月.

[48] 低炭素社会の実現に向けた政策立案のための提案書, 技術開発編, “蓄電池システム（Vol.6）—

リチウムイオン電池のエネルギー密度向上の可能性と研究課題—“, 科学技術振興機構低炭素

社会戦略センター, 2019 年 2 月. [49] 特開 2016-207567 号公報, “活物質複合粒子、電極活物質層および全固体リチウム電池” [50] 特開 2015-118870 号公報, “全固体電池の製造方法” [51] Joscha Schnell et al., “All-solid-state lithium-ion and lithium metal batteries – paving the way to large-

scale production”, Journal of Power Sources, vol.382, p.160–175, 2018. [52] Wenbo Zhang et al., “(Electro)chemical expansion during cycling: monitoring the pressure changes in

operating solid-state lithium batteries”, Journal of Materials Chemistry A, vol.5, (20), p.9929-9936, 2017.

低炭素社会の実現に向けた技術および経済・社会の定量的シナリオに基づく

イノベーション政策立案のための提案書

本提案書に関するお問い合わせ先●提案内容について・・・低炭素社会戦略センター研究員　米澤　美帆子（YONEZAWA Mihoko）

上席研究員　三枝　邦夫（SAEGUSA Kunio）

●低炭素社会戦略センターの取り組みについて・・・低炭素社会戦略センター　企画運営室　

〒102-8666　東京都千代田区四番町5-3　サイエンスプラザ4 階

TEL ：03-6272-9270 FAX ：03-6272-9273 E-mail ：

https://www.jst.go.jp/lcs/

© 2020　JST/LCS

許可無く複写・複製することを禁じます。

引用を行う際は、必ず出典を記述願います。

蓄電池システム（Vol.8）－全固体リチウムイオン電池の製造コスト計算と研究課題－

令和 2年 3月

Secondary Battery System (Vol.8):Cost Evaluation and Technological Challenges of an All-solid-state Lithium-ion Battery

Proposal Paper for Policy Making and Governmental Actiontoward Low Carbon Societies,

Center for Low Carbon Society Strategy,Japan Science and Technology Agency,

2020.3

国立研究開発法人科学技術振興機構　低炭素社会戦略センター

https://www.jst.go.jp/lcs/

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蓄電池システム（Vol.8） - JST · 蓄電池システム（Vol.8） －全固体リチウムイオン電池の製造コスト計算と研究課題－ Secondary Battery System

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