ソリューション

リチウムイオン電池の材料シミュレーションとマテリアルズ・インフォマティクス

よくあるお悩み

以下のようなお悩みありませんか?

  • リチウムイオン電池材料の開発にシミュレーション技術を適用したいが、どのように進めればよいか分からない
  • リチウムイオン電池材料開発でデータ駆動型アプローチを採用したいが、スキルやデータの不足が障壁になっている
  • DXを活用して、同業者や異業種パートナーとの共同開発を加速したい
解決できる理由

マテリアルDXを電池開発に適用するための優れたソフトウェア群とサポート力

JSOLは、正極・負極材料、固体・液体電解質、バインダー、コーティング、バッテリーモジュール部材など、リチウムイオン電池材料の開発に不可欠な幅広いシミュレーションおよびAI技術のポートフォリオを提供しています。各ソフトウェアは使いやすさを重視して設計されており、豊富な経験に基づく専門サポートによって、初めての方でも研究開発のワークフローに迅速に組み込めるよう支援します。
当社のJ-OCTAは、日本の産学連携による国家プロジェクトで開発されたオープンソース・プラットフォームOCTAを基盤としています。現在では電池分野を含む世界中の製造企業や研究機関で広く活用されています。オープンソース・コミュニティを活用し、JSOLのソフトウェアを通じてユーザー同士が直接コミュニケーションや協働を行える機会を創出しています。
必要に応じて、JSOLは企業・大学・その他のパートナーを結集した研究体制の構築をコーディネート・支援し、高度な電池材料開発における共同イノベーションを推進します。

特長・強み

マルチスケールシミュレーションとデータサイエンスの統合ソリューション

解決できる3つの理由
  • 01. 多くの製造業・研究機関での導入実績
  • 02. マルチスケールシミュレーションのためのソフトウェア群
  • 03. マテリアルズ・インフォマティクスのためのソフトウェア

下図のようにリチウムイオン電池の構造は単純化して示せますが、実際には、正極・負極に加え、セパレータ、電解質、集電体などの各構成要素が複雑な形状と不均一な微細構造を有しています。これらの性能を評価するには、マルチスケールな特性だけでなく製造プロセスも考慮し、幅広い手法と技術を適用する必要があります。
JSOLのシミュレーション・ソフトウェア群を用いれば、ナノメートルでは電子状態や分子構造、マイクロメートルでは相分離や複合材料といった具合に、各スケールに合わせたシミュレーションを実行できます。これらのツールを連携させることで、高度材料の性能の背後にあるメカニズムをシミュレーションによって直接解析することが可能です。
今日、マテリアルズインフォマティクスやプロセスインフォマティクスといった概念のもと、AI技術を活用したデータ駆動型の材料開発に対する需要が高まっています。JSOLのAI対応ソフトウェアは、分子・結晶構造、配合比、プロセス環境に基づく物性予測に加え、逆設計(インバースデザイン)も実行できます。実験データが乏しい場合には、ハイスループット・シミュレーションを実行してデータセットを補完し、探索を加速できます。

01多くの製造業・研究機関での導入実績

JSOLがご提供するシミュレーションやインフォマティクスなどのソフトウェアは、国内外の製造業や大学など研究機関で広く使用されています。各ソフトウェアのWebページには多くの解析事例が紹介されており、またソフトウェアを用いた研究論文も多数出版されていますので、ソフトウェアを導入する前に十分に情報を得られます。導入後も先行研究を参考にすることで、ご自身のテーマに取り組むことが容易となります。
特に一部ソフトウェアではコミュニティーも形成されていて、毎年開催されるJSOL CAEフォーラム(ユーザー会)でも活発な議論がなされていますので、JSOL以外からの情報を入手することもできます。
ライセンス発行数
1000
以上
※授業用ライセンスを除く

解析・利用例

スラリー塗工プロセス[トヨタ自動車株式会社様]
燃料電池やリチウムイオン電池の性能向上を目的に、電極作製時のスラリー塗工プロセスを解析し...
電池電極の成形プロセス(カレンダリング)
粒子法の一種である離散化要素法(DEM)を用いて、電池電極のカレンダリング工程における...
MD-GANによる固体電池内のLiイオン拡散解析
固体電池材料におけるリチウムイオンの拡散挙動を、第一原理分子動力学(AIMD)と深層生成...
コバルト酸リチウムの基底状態と弾性率の解析
本事例では、リチウムイオン電池正極材料であるLiCoO₂の放電状態における電子状態と弾性定数を、第一原理計算SIESTAを用いて解析した。LDA+U法により電子相関を考慮し、非磁性状態と反強磁性状態の比較を行い、最終的に非磁性が基底状態であることを確認した。体積弾性率は184.73GPaと算出された。
リチウムイオン電池のグラファイト負極の膨化
本事例では、リチウムイオン電池の負極材料であるグラファイトとLiC6の構造変化と物性変化を、第一原理計算SIESTAを用いて解析した。Liイオンの挿入によりc軸方向に7.5%、体積で10%の膨張が確認され、弾性率は全体的に低下。フェルミ準位の変化により金属的性質が強まることが示された。

02マルチスケールシミュレーションのためのソフトウェア群

材料設計では、無機結晶・分子構造(ナノメートル)からフィラー分散・相分離構造(マイクロメートル)まで、どのスケールの現象が最終的な材料物性に強く影響を及ぼすかを考える必要があります。
一方、1つのシミュレーション技術(ソフトウェア)で広範囲のスケールや現象をカバーすることは不可能です。それを解決するため、JSOLでは複数のソフトウェアを組み合わせた「材料設計ソリューション」として、マルチスケールに対応したソフトウェア・ツール(J-OCTA、Digimat、Simpleware Software)や衝撃・構造解析ソフトウェア(Ansys LS-DYNA)をご提案しております。
これらのソフトウェアは、有機・無機材料の広範囲なマルチスケール特性解析に必要なシミュレーション技術をカバーします。詳細は各ソフトウェアのWebサイトをご確認ください。

マルチスケールシミュレーションのためのソフトウェア群

03マテリアルズ・インフォマティクスのためのソフトウェア

ソフトウェア 「J-OCTA MI-Suite」 は、分子・結晶構造や各種条件を説明変数として、物性値などの目的変数を予測する機械学習機能を搭載しています。さらに、多様な分子記述子の計算、公的データベースへのアクセス、各説明変数の寄与度の解析など、周辺技術も幅広く備えています。
実験データが不足する場合はシミュレーション結果で補完できます。J-OCTA にはマルチスケールのシミュレーション手法が揃っており、大量計算を通じて物理量・物性のデータベース化を支援するツール(Python ベースのモデリング API 機能)も提供しています。
機械学習に用いるデータの選択や学習条件の設定はダイアログ操作で行え、プログラミングは不要です。加えて、複数の学習済み物性推算モデルを標準搭載しているため、初心者の方でもすぐにマテリアルズ・インフォマティクスに取り組めます。

マテリアルズ・インフォマティクスのためのソフトウェア

解析・利用例

製品・サービス

製品に関するお問い合わせ

製品導入に関する不安や疑問にお答えします。お気軽にお問い合わせください
お問い合わせ・ご相談
トップへ戻る