日立ハイテク、フィジカルAI活用「HMAX Industry」で全固体電池の製造プロセスを最適化

日立ハイテクとパウレック、全固体電池向けコーティングプロセス最適化の実証を完了

株式会社日立ハイテクは、株式会社パウレックと共同で、全固体電池の正極活物質（電池反応で電子を受け取る物質）表面へのコーティングプロセス最適化に向けた実証を完了しました。この取り組みは、日立ハイテクのフィジカルAIを活用した「HMAX Industry」のラインアップとして提供され、全固体電池の開発および量産立ち上げ期間の短縮と高品質な電池の安定供給に貢献することを目指します。

取り組みの背景と課題

EVなどに使用される二次電池（充電式電池）において、次世代電池として注目される全固体電池は、高い安全性と高エネルギー密度が期待されています。しかし、全固体電池の実用化には、電池の出力低下や劣化を防ぐための製造プロセス検討が課題です。

特に、正極活物質と固体電解質の界面に抵抗体が発生し、エネルギー出力が低下する問題があります。これを防ぐために、正極活物質にリチウム伝導性の酸化物被膜をコーティングする手法が取られますが、均一性・被覆率・膜厚制御を実現する最適なコーティングプロセスの設計には、複数の要素を考慮する必要があり、多くの時間と専門知識を要していました。

協創による解決策

本実証では、パウレックが持つコーティング技術とドメインナレッジ、豊富な装置運用データと、日立ハイテクの解析・分析技術およびAI・インフォマティクス技術を組み合わせたフィジカルAIを活用しました。これにより、高品質なコーティング条件の効率的な探索について検証が行われました。

■具体的な実証内容

1. 正極活物質のコーティングにおける定量的な物性評価法の開発
   • 煩雑な前処理が不要で操作が容易な日立ハイテクの蛍光X線分析（XRF）や走査電子顕微鏡（SEM）を活用。
   • 評価工程を効率化し、膜厚、被覆均一性、界面特性などのコーティング状態を定量的に評価する手法を開発。
   • プロセス条件と材料特性・電池性能との因果関係を明確化しました。
2. プロセス・インフォマティクスを活用したコーティング条件の最適化
   • パウレック製コーティング装置の運転データや実績データと、上記で開発した評価結果を統合。
   • 日立ハイテクの「PROACCELA」（AIやインフォマティクス技術を活用したデジタルソリューション群）によるプロセス・インフォマティクス（製造・実験プロセスのデータを解析し、性能予測や最適条件を導き出す技術）を適用。
   • 従来は技術者の経験や専門知識に頼っていた探索を、「PROACCELA」によって効率化し、高品質かつ再現性の高いコーティング条件の最適解を導出しました。

これらの検証の結果、最適なコーティング条件を決定することができ、技術的な難易度が高い粒子コーティングにおける開発期間や生産立ち上げの期間短縮につながる手法であることが確認されました。

今後の展望

日立ハイテクとパウレックは、この実証結果に基づき、2030年頃に本格化が見込まれる全固体電池市場向けに、最適なコーティングプロセス提案を「HMAX Industry」のラインアップとして事業化を目指します。将来的には、電池分野だけでなく、高機能材料、医薬品、化学など幅広い分野への展開も検討しています。

参考リンク

• 元記事URL: https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000218.000049375.html
• 日立ハイテクの蛍光X線分析装置(XRF): https://www.hitachi-hightech.com/jp/ja/products/analytical-systems/xrf/
• 日立ハイテクの卓上顕微鏡(Miniscope®): https://www.hitachi-hightech.com/jp/ja/products/microscopes/sem-tem-stem/tabletop-microscopes/
• パウレック公式Webサイト: https://www.powrex.co.jp/
• PROACCELAについて: https://www.hitachi-hightech.com/jp/ja/products/ict-solution/randd/
• 日立ハイテクWebサイト: https://www.hitachi-hightech.com/jp/ja/