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複合転写技術は、極薄で脆い固体電解質膜と電極を高精度かつ高歩留まりで一体化できるほか、高い工程独立性と材料への適応性を備えています。Lead Intelligentが開発した量産対応の固体電解質複合転写装置は、最高機械速度100m/minを実現。高速・連続／間欠運転に対応し、安定したロール・ツー・ロール（R2R）自動生産を可能にします。間欠転写時の位置合わせ精度は±0.3mm、主要ロールの振れ精度は±1μmに達します。また、露点－60℃以下の超低露点密閉環境を安定して構築できます。これにより、固体電池の転写プロセスにおける量産性、精密制御、環境適合性という3つの主要課題に対応します。

現在、全固体電池の商用化に向けた開発が加速しています。その中でも、電極の製造、電解質膜の形成、セル内部における固体－固体界面の密着性という3つの課題が大量生産を実現する上での主要なボトルネックとなっています。

全固体電池では、電解質を極薄膜として形成し、電極と密着させることで、連続したイオン伝導経路を形成する必要があります。しかし、固体電解質膜は成膜後に脆くなりやすく、破損しやすいです。特に主流材料の一つである硫化物系固体電解質は化学的活性が高く、酸化しやすいため、従来の塗工プロセスへの適用が難しいです。

こうした背景から、極薄で脆い固体電解質膜と電極を高精度・高歩留まりで一体化できる複合転写技術が、電解質膜の製造課題を解決する有力な手法として注目されています。現在では、固体電解質膜の形成やリチウム系電極の成形における重要な量産工程の一つとなりつつあります。

業界共通の課題

複合転写生産における「実現不可能な三角形」

塗工方式と比べ、複合転写方式は工程設計の自由度と材料への適応性に優れています。全固体電解質膜の表面形状や緻密性を個別に最適化でき、膜層の品質を製造工程の上流から確保できます。さらに、極薄のリチウム箔を集電体に精密に貼り合わせることで、高エネルギー密度の金属リチウム負極を直接形成することも可能です。また、柔軟性の高いプロセス特性を生かし、複数の材料を一体的に積層・複合できるほか、電極へのリチウム補充や負極のプレリチエーション（予備リチウム化）にも対応します。これにより、セルのエネルギー密度向上や、充放電サイクルに伴う容量劣化の改善が期待されます。

そのため、複合転写工程における製造精度と安定性は、極薄電解質膜の量産歩留まり、電極の複合一貫性、さらにはリチウム負極の電気化学特性を左右する重要な要素となります。全固体電池の量産化を進める上で、複合転写工程の高度化は重要な鍵を握ります。

一方、実際の量産現場では、「高い界面接合品質」「高い生産性」「幅広い材料への適合性」を同時に実現することが難しいという、いわゆる「実現不可能な三角形」が課題となっています。品質を高めると生産性が上がらず、生産速度を高めると品質を維持しにくいです。これにより、極薄電解質膜の破損、電極複合時のばらつき、量産時の歩留まり低下など、さまざまな製造上の課題が生じています。全固体電池の量産化を阻む大きな要因となっています。

多方面から技術革新

全固体電池の転写工程を再構築

業界が抱える構造的な課題に対し、Lead Intelligentは長年培ってきた精密リチウムイオン電池製造設備の開発力を基盤に、全固体電池の主要製造プロセスにおける技術開発を進めてきました。その成果として、量産対応の固体電解質複合転写装置を開発しました。無溶剤による多層複合と負極の精密なプレリチエーション（予備リチウム化）という2つの主要用途に対応し、固体電解質膜、リチウム箔、電極を一体的に高精度で複合・成形します。製造工程から、固体－固体界面における密着性の不足、ロット間の安定性、工程・材料への適応性といった課題を解消し、複合転写における「量産の不可能三角」の克服を目指します。

量産性能を大幅に向上、GWh級生産ラインに対応

同装置は高い工程互換性と量産適応性を備え、乾式・湿式の両方式による材料供給に対応します。加工幅は100～1050mmの全サイズに対応し、最高機械速度は100m/minに達します。高速・連続／間欠運転による安定したロール・ツー・ロール（R2R）自動生産を実現します。これにより、動力用電池に求められる広幅、高速タクト、大量生産に対応し、従来の「品質を高めると生産量が伸びない、生産量を増やすと品質を維持できない」というトレードオフを解消します。全固体電池のGWh級量産ラインの構築に向けた生産能力を支えます。

独自の精密制御技術で歩留まりの課題に対応

Lead Intelligentが独自開発した高精度張力フィードバック制御システムと多段階の画像補正技術により、間欠複合時の位置合わせ精度を±0.3mmに安定制御し、主要ロールの振れ精度を±1μmに抑えています。専用のロール予熱システムと、全域で均一な温度・圧力制御を組み合わせることで、電極全幅にわたる転写層の厚さを均一に保ち、密着性の高い安定した複合を実現します。さらに、独自の段階的剥離技術と静電ダンピング機能を採用します。極薄固体電解質膜を破損させることなく剥離できるようにするとともに、膜の破れ、端部の残留物、局所的な密着ムラなど、量産工程で生じやすい不具合を抑制します。これにより、全固体電池用電極の完成品歩留まりとロット間の一貫性を大幅に向上させ、自動車向け電池セルに求められる品質水準への対応を図ります。

厳格な微小環境管理で硫化物系材料に対応

硫化物系固体材料は、反応性や環境感受性が高く、酸化による性能劣化を起こしやすいです。そのため、製造工程では水分や酸素を厳格に管理する必要があります。同装置は、露点－60℃以下の超低露点密閉環境を安定して構築できるほか、防食、防爆、防塵を含む多面的な安全対策を組み込んでいます。工程全体で水蒸気や酸素による材料の副反応や工程汚染を抑制し、高速・高効率な量産を実現しながら、材料品質と生産安全の両方を確保します。現在、産業化に向けて開発が進む硫化物系全固体電池の製造プロセスにも高い適応性を持ちます。

量産性能、精密制御、環境適応性という3つの強みを生かし、Lead Intelligentの量産対応型複合転写装置は、全固体電池の転写工程が抱える課題に対応し、品質、生産性、材料適合性を同時に実現する量産上の課題に取り組んでいます。現在、同装置は国内外の複数の大手自動車メーカーの全固体電池関連企業・研究施設で検証を完了し、実生産にも導入されています。極薄固体電解質膜の高精度な複合や、リチウム負極のプレリチエーションに向けた、実用性の高い量産設備として活用されています。

その同時に、Lead Intelligentは、単一設備における技術革新にとどまらず、設備単体の製造という枠を超え、全固体電池向けの一貫した生産ラインソリューションを先行して構築しています。全固体電池の量産に必要となる各工程の設備を一連の生産ラインとしてつなぎ、研究開発段階で確立されたプロセスを量産工程へスケールアップする際の課題に体系的に対応します。今後もLead Intelligentは、全固体電池の量産設備における技術革新を継続し、高度な中国の製造技術を通じて、新エネルギー産業の高品質な成長を支えていきます。