【本学研究者情報】

〇材料科学高等研究所 准教授　程建鋒
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【発表のポイント】

• 超音波接合^（1）により、リチウム金属とガーネット型酸化物固体電解質（LLZO）の界面を室温で、かつ数秒という短時間で形成することに成功しました。
• 従来必要とされた中間層の導入や高温処理を用いず、界面抵抗を約225 Ω・cm²まで低減し、さらにAu層併用により約5 Ω・cm²を達成しました。
• 界面形成の新たな選択肢を示すことで、全固体電池の実用化を後押しする成果です。

【概要】

全固体リチウム金属電池は、高い安全性とエネルギー密度を兼ね備えた次世代電池として注目されています。その中でもガーネット型酸化物固体電解質 Li₇La₃Zr₂O₁₂（LLZO）は有力な材料とされていますが、リチウム金属との界面接触不良や表面に形成される絶縁性炭酸リチウム層（Li₂CO₃）により、高い界面抵抗が生じることが実用化の大きな課題とされてきました。

東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）の程建鋒 准教授、同大学金属材料研究所の加藤秀実 教授、同大学大学院工学研究科の福田幹久 大学院生らの研究チームは、金属接合に広く用いられている超音波接合法を応用し、室温かつ数秒という短時間でリチウム金属とLLZOの密着界面を形成することに成功しました。超音波振動により表面の絶縁層を破壊すると同時に、加圧下でリチウム金属が塑性変形し、硬質なLLZO表面に密着することを明らかにしました。超音波接合のみで界面抵抗は約225 Ω・cm²まで低減し、さらに薄い金（Au）層を併用することで約1.5 Ω・cm²を達成しました。

本成果は、高温処理や溶融リチウムを必要としない新たな界面形成手法を提示するものであり、酸化物系全固体電池の製造プロセス簡略化と高性能化に寄与することが期待されます。本研究成果は、2026年3月19日（現地時間）に学術誌Small Structuresに掲載されました。

図1. 室温で数秒間の超音波接合により形成された、リチウムと固体電解質の界面断面像

【用語解説】

注1. 超音波接合：高周波振動と圧力を同時に加えることで、材料表面の酸化物や不純物層を破壊しながら金属同士を接合する技術。自動車部品や電池タブの接合など、産業分野ですでに使用されている技術である。

【論文情報】

タイトル：Ultrasonic Welding of Garnet Solid Electrolytes to Lithium Metal: Achieving Intimate Interfacial Contact in Seconds
著者：Mikihisa Fukuda, Ying Li, Run-Zi Wang, Shin-ichi Orimo, Yutaka S. Sato, Hidemi Kato*, Eric Jianfeng Cheng*
*責任著者：東北大学材料科学高等研究所 准教授　程建鋒
東北大学金属材料研究所 教授　加藤秀実
掲載誌：Small Structures
DOI：10.1002/sstr.202500866

詳細（プレスリリース本文）

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