東北大学多元物質科学研究所のグループが、固体リチウムイオン電池を室温・短時間で簡便に3Dプリント製造する技術開発に成功した。
リチウムイオン電池は蓄電デバイスとして幅広く普及しており、大型電源から小型電源、フレキシブルデバイスなど、今後益々の市場規模拡大・多様化に伴うニーズに応えるために、オンデマンド製造技術が求められている。しかし、オンデマンド加工技術として注目を集める3Dプリントに関しては、これまで、室温での固体リチウムイオン電池の作製は困難となっていた。
一方、本研究グループは、難燃性・難揮発性・低融点（室温で液体）の特性を持つリチウムイオン伝導性イオン液体を酸化物ナノ粒子と混合して固体状（疑似固体）にし、それを電解質に用いることで、全固体電池同様の高い安全性を有する「疑似固体リチウムイオン電池」の開発を進めてきた。今回の研究では、さらに、疑似固体電解質材料に紫外線で硬化する樹脂を混ぜることによって、光造形方式による3Dプリントが可能となることを見出した。
この電解質インク材料と正極・負極インク材料を使用し、3Dプリントのみで疑似固体リチウムイオン電池を作製することに成功した。作製した電池は、安定して100回以上の充放電動作が可能なことが実証された。
今回開発した技術では、室温で、かつ数分でリチウムイオン電池を3Dプリント造形できるため、例えばポリマーなどの熱に弱いソフトマテリアル上でも直接プリント製造が可能なほか、3Dプリンタの設計により任意の大きさ、任意の形状の固体リチウムイオン電池をオンデマンドに製造できる。車載用電源からウェアラブルデバイスまで、固体リチウムイオン電池の幅広いニーズに対して応用されることが期待される。
