6871 日本マイクロ二クスの量子電池の分析。 株価は５分の１に yamamoto
2014年２月執筆。 日本マイクロにクス量子電池。 嘘ばっかりの製品発表と思いました。
こんなレポートを書きました。
＝＝＝以下、２０１４年２月のレポート＝＝＝
「日本マイクロニクスが共同開発した量子電池の量産技術について」 山本 潤 今回、ｂａｔｔｅｎｉｃｅ特許から、素直な感想を述べる。
第一印象は、「基礎データがなさすぎる」。その中で、常識的な判断で、電 池展に臨むことにした。電池展でマイクロニクスにヒヤリングをする論点を整 理した。
■日本マイクロニクスがあるベンチャーの技術をベースに共同開発した量子電池について
個別株の株価水準についての警鐘を鳴らしたい。
日本マイクロニクス（６８７１）だ。
今年に入って、株価は１３０００円を突破。時価総額２６００億円を記録し た（執筆時点2014年２月１８日現在）。
あるベンチャーと共同して開発予定の量子電池ｂａｔｔｅｎｉｃｅ（商標） を擁して、今月２月の最終週に電池展でサンプル展示予定。
「量子電池」とい う耳慣れない新技術の登場に株式市場が沸き立っている。
■量子電池ｂａｔｔｅｎｉｃｅとは
日本マイクロニクスがある地方都市の小さなベンチャー企業グエラテクノロ ジー社と共同開発するのが今から説明するｂａｔｔｅｎｉｃｅという電池だ。
彼らはこの電池を「量子」電池と呼んでいる。なぜ、「量子」なのか。それは、 電子を直接、格納できる蓄電池だからだ。 これまでの２次電池は、リチウムイオン電池を筆頭に、化学電池であり、イ オンが電子を格納する。 電池にとって、電子を直接格納できることは、メリットだろうか？ 実は、電池製品にとって、量子化はメリットといえない。だが、いまは、そ のことは後回しにする。
■量子電池ｂａｔｔｅｎｉｃｅの紹介
さあ、２次畜電池、量子電池ｂａｔｔｅｎｉｃｅを紹介する。
特徴：
１）希土類が不要。
２）１万回の充放電が可能。サイクル特性に優れる。
３）急速充電が可能。
４）個体・不燃で安全性が高い。
明らかに、既存のリチウムイオン２次電池に比べて勝っている点がある。 それは、希土類が不要であること。また、急速充放電が可能なこと。安全であ ること。充放電のサイクル特性に優れていること、などだ。
■目標仕様について
今後の目標とする仕様については、
１）電圧の目標値は１．５Ｖ。
２）電力密度については５００Ｗｈ／Ｌ などとされている。 http://www.mjc.co.jp/files/page/pdf… 小型軽量化、積層化が可能で、電圧の確保と高容量化を目標にしている。 だが、これらはあくまで「目標」とする仕様である。 目標とする電圧が１．５Ｖで、リチウムイオンの３．７Ｖと比べて低い。 また、容量の「目標」が５００Ｗｈ／Ｌであり、高いとはいえない。 たとえば、リチウムイオン２次電池陣営で、積水化学がすでに９００Ｗｈ／Ｌ を達成できる目途があると昨年に発表している。 http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/ar…
■電池は何が最も大切か
電池で最も大切な要素は、まず、
１）電圧の高さ。そして、
２）次に放電時 間の長さ、最後に、
３）放電中の電圧の維持だ。
つまり、電池は長持ちで強力である、ということが最重要だ。
だが、ｂａｔｔｅｎｉｃｅは、これら３つの条件を満たさない。
電圧は１．５Ｖ目標、放電は急速放電、電圧は、放電中に低下と予想している。
■ｂａｔｔｅｎｉｃｅの構成
特許公報によれば、量子電池ｂａｔｔｅｎｉｃｅの構成部材及び製造工程は 以下の通りだ。
１）充電層（この製品の鍵となる発明である）
充電層は、微粒化ｎ型金属酸化物半導体（酸化チタン）の表面にシリコーン 絶縁層が形成されている。つまり、酸化チタンの微粒子の各々に表面に絶縁層 を塗ったものだ。その微粒子を塗布した厚膜（１μ以上）層が電子を格納する 充電層となる。
特許のキモは、この充電層に紫外線を照射すると二酸化チタンから電子がト ンネル効果によりシリコーン絶縁層を通り抜け、新たなエネルギー準位が形成 されることだ。
つまり、充電時には、逆に、電子が絶縁樹脂をトンネル効果に より通り抜け、酸化チタン微粒子がその電子を格納する。充電層には、いく重 にもなった微粒子が折り重なっており、微粒子の配置はかなり「大雑把」（ラ ンダム）な膜である。
２）充電層の製造工程 液体状の溶媒に有機金属材料（脂肪酸チタン）をシリコーンオイルに分散さ せた塗布液を作成。基板上に塗布・乾燥し、３００度の温度で焼成する。最後 に紫外線を照射する。 この温度は、推測するに、樹脂コーティングのため、これだけの低温プロセ スにしなければならないのであろう（微粒子を覆う絶縁膜の耐熱温度が低い）。
■量子電池の最大の利点。内部抵抗の低さ。小型化が可能。
すべての電池には、内部抵抗がある。 内部抵抗は、電池の内部に、電流の流れるのを邪魔するモノがあるために生 じる。 リチウム２次電池の場合、多くは電解質による抵抗だ。
内部抵抗が大きな電池は、高出力や高入力ができない。 （高入力ができなければ、充電時間が長くなる） たとえば、電極の厚さは、携帯向けのリチウムイオン２次電池では、１００ マイクロメートル（μｍ）程度。これが、ハイブリッド向けリチウムイオンで は、電極は２０マイクロ厚程度と、携帯に比べ１／５程度の薄さになる。電極 が薄くなればなるほど、製造は難しい。
リチウムイオン２次電池の技術トレンドとして、電極が年々薄くなる理由は、 内部抵抗を減らすためだ。イオン電池は、負極と正極の間をイオンが移動する。 電子と比べて体が大きなイオンは、移動するのが下手。リチウムイオン電池の 電解質は、イオンの導電性が劣るものが多く、導電性が劣る電解質の層をいく ら薄くしても、大きな内部抵抗が生じる。
その背景は、イオン電池の基本的な仕組みだ。
化学反応は、電極と電解質との界面で生じる。
そのため、どの電池も、電極と電解質との接触面積を増やそうと、表面に小 さな穴をたくさん空ける。電極の内部にも、「抵抗の大きな」電解質は入り込 む。
電解質の膜だけではなく、電極がそのものが薄ければ、内部抵抗は低くなる。 何百アンペアという高出力の電池は、極力、内部抵抗は小さく設計される。ま た、車向け電池は大容量。電池セルをいく重にも巻くか積む必要があり、その ため、単体セルは薄い方がよい。 一方、量子電池ｂａｔｔｅｎｉｃｅはＩＲ発表で１１マイクロメートルの厚 さしかない。既存のリチウム電池の数分の１だ。これはすばらしいことである。 小型化薄化に大いに期待が持てる。なにより、電解質による内部抵抗がない。
■量子電池の利点 その２ サイクル特性で際立つ
リチウムイオン２次電池の放電と充電は可逆的な化学反応がベースだ。 化学反応なので、１００％完全な可逆性はない。電極が、リチウムの吸蔵・ 放出の際に、活物質の体積が膨張・収縮するため、活物質の微粉化や、集電 体（金属箔）からの剥離を生じてしまう。電極が剥離してしまえば、電気を 集める量が減り、充電・放電の特性が落ちていく。たとえば、９９．７％の 可逆反応では、１年３６５日を毎日充電すれば、容量は約１／３に低下して しまう。一方、量子電池は、可逆性が１００％。日本マイクロニクスは目標 仕様として１０万回サイクルと設定した。 リチウムイオン２次電池にない量子電池ｂａｔｔｅｎｉｃｅの極めて大き な利点だ。
■量産化可能な製造プロセス
特許に書かれているｂａｔｔｅｎｉｃｅの製造工程はシンプルである。これ は、メリットであり、デメリットである。メリットは、量産可能性の高さだ。 デメリットは誰でも製造可能に見えることだ。 ノウハウは、微粒子の粒径制御や酸化チタン微粒子を囲むシリコーン膜の膜 厚制御であろう。物理学会などの事例では、ナノオーダーのシリコーン膜の実 験が作成できるという研究発表がある。トンネル効果を期待する以上、シリコ ーン膜はナノオーダが望ましいだろう。この膜（微粒子）の出来が量子電池の 性能を大きく左右すると思われる。
ｂａｔｔｅｎｉｃｅの充電層の製造プロセスは低温プロセスであり、３００ 度前後。良質な結晶構造を基板上に形成するには、かなり不利な条件であろう。 （高分子有機ＥＬを含むインクジェットプロセスがあれほど期待されながらモ ノにならなかったのは低温プロセスの難しさを物語る） 充電層を挟むｎ型とｐ型の半導体層で挟み、電子を閉じ込めるためのバンド ギャップを形成する。配線層を形成した後、基盤をスパッタリングという薄膜 形成装置で真空にて形成する。 基板に電極形成。ｎ型半導体スパッタ形成。充電層の塗布・乾燥・焼成。そ の後、ｐ型半導体スパッタ形成。電極を上部にかぶせる。 特許文献によるとｐ型半導体は、酸化ニッケル膜で１５０ナノ厚とある。酸 化物半導体の第一人者である東京工業大学Ｓ教授の昨年の資料では、酸化物半 導体のｐ型の設計の歴史は浅く、１９９７年に指針が示されたという。 今回の発明では、このｐ型半導体層が充電時に電子を通さないための障壁と して機能する。 これは量産性の高いプロセスだ。だが、この電池の量産性は既存の電池の量 産性には当面、太刀打ちできないだろう。 後述するが、ｂａｔｔｅｎｉｃｅ基板を数メートル幅にまで幅広化できなけ れば、量産プロセスでイオン電池に負ける。
■量産化が実現すれば、株価はどうなるのか
マイクロニクスが量子電池を量産化できるとしよう。
既存のすべての電池を置き換えたと仮定しよう。 その前提で利益がどの程度でるのか概算すればよい。 どの程度の利益がでるだろうか。残念ながら、利益はまったく出ない。
これは、よく情報弱者が陥るトラップで、新製品が普及すれば利益がでると 考えてしまう。
量子電池の性能で、既存の電池を上回るのは急速充電性とサイクル特性であ る。 だが、それらに付加価値を何倍も払うことはない。なぜなら、人は割高なも のは使わないからだ。 たとえば、薄膜化という切り口では、コンデンサは半導体プロセスを用いれ ば、もっと性能がよいものができる。 そうならないのは半導体プロセスは高いからだ。 また、有機ＥＬは液晶よりも画質で勝る。なぜ普及しないのか。それは液晶 の量産性の高さだ。 有機ＥＬのガラス基板は小さく、液晶ガラス基板は大きい。
リチウムイオン電池は、製造工程で、飛躍的な進歩を遂げている。大幅な価 格ダウンを実現した。
塗布工程のｒｏｌｌ ｔｏ ｒｏｌｌの電極の箔の幅広化。
それがコストダウンに効いている。 現在、数メートルという幅でリチウムイオン電池は製造される。
量子電池が数メートルという基板で製造できないのであれば、量産性で勝負 にはならない。 量産と利益は別物だ。 リチウムイオン電池と比べて、セパレータの部分、電解質の部分など不要に なるなどのプラス要因がある。 だが、価格面では、付加価値に乏しい電池だ。なぜなら、電圧という電池の 一番大切な基本特性がｂａｔｔｅｎｉｃｅは既存電池に劣る。
量子電池の利点である電子移動度の高さはリーク電流となり放電時間の短さ というデメリットとなってしまう。急速充電のメリットの裏返しだ。
最悪の場合、放電時に電圧がリニアで低下するかもしれない。リチウム２次 電池は内部抵抗があっても３．７Ｖの電圧を持続する。 リチウムイオン２次電池は、電極界面でじわじわと反応するため、電子がイ オンを介して、長時間に渡って安定した反応（放電）が維持できる。
だが、量子電池は、その高出力、低抵抗ゆえに、長時間の放電は難しい。 ＩＲ資料では、「急速充放電が可能」とある。だが、残念なことに、電池の 急速充電はありがたいが、急速放電はありがたくない。急速な充電と持続的な 放電は同時に両立はできない。両者はトレードオフだ。 量子デバイスが電池にはメリットとなるとは限らないと冒頭に述べた。この トレードオフが理由だ。
■ｂａｔｔｅｎｉｃｅの参入障壁の低さと製造業の競合の厳しさ
電池の最も基本となる性能で劣る量子電池は決して筋がよい技術とは言えな い。
そうならないことがわかっているが、１００歩譲って、ｂａｔｔｅｎｉｃｅ が量産可能で、リチウム電池の数倍の値段で売れると仮定する。 事業として成り立つと仮定する。すかさず、中国や台湾が大型投資をする。 それでおしまいだ。ｂａｔｔｅｎｉｃｅは参入障壁が低い低温プロセス。 あれほど強固な基本製造特許があっても、太陽電池やＬＥＤは、すぐに儲か らないデバイスになったことを思い出してほしい。液晶パネルについても同様 である。 参入障壁が低いビジネスは儲からない。量産化可能ということは、誰でもま ねできる、ということだ。 いろいろ書いたが、電池展で可能な限り聞き取りをする。 現在、まだ、下準備段階だが、この量子電池の製品化は難しいとの印象を受 けた。
■量子電池の容量の課題の背景
リチウムイオンは、量子電池で使用される酸化チタン微粒子よりも圧倒的に 小さい。リチウムイオンの半径はピコオーダー。酸化チタン微粒子はナノオー ダーでリチウムイオンより比較にならないぐらい大きい。 体積はスケールの３乗で効く。相当の空間が無駄になる。
ｂａｔｔｅｎｉｃｅの目標容量が５００Ｗｈ／Ｌとそれほど高くないことと 無関係ではないだろう。 イオン電池のリチウム電極は高密度。量子電池の酸化チタン微粒子（微粒子 だが何十ナノスケール）は低密度。 投資家は基本部材の粒径を知らず、「量子」という言葉を評価しているのか。 電子が動くのだから、酸化チタン微粒子が動かなくても問題がない、とも思 える。酸化チタン粉末は量子電池の構成要素である以上、高容量化の妨げにな る恐れがある。
リチウムはイオンで電子を確実に運搬できる。一方、量子電子の充電層の酸 化チタンは物理的に動けない。 イオンは動けるから、その動きをシミュレートできる。量子電池では、電子 が充電層に均一に入り込む様子がシミュレートできない。トンネル効果を前提 とする充電層がこれほど厚いと、個々の特定の粒子個体への電子の振る舞いが 分からない。これでデバイス設計ができるのだろうか。 ランダムに配置された各々の微粒子群は不純物の海にいる。どの特定粒子に トンネル効果をどれだけ期待するのか。トンネル効果は通常は、ナノオーダー で生じる。 デバイスの信頼性は、結晶性や膜質のよさが左右する。量産性と膜質は当然、 トレードオフになる。
■なぜｂａｔｔｅｎｉｃｅには高密度配線が必要なのか
量子電池では、電子が、外部から受ける力で半導体粒子（酸化チタン微粒子） に出入りする。量子電池は、１μという「分厚い」充電膜で電子を制御する。 通常、量子デバイスは、半導体プロセスで局所的領域でトンネル効果を再現す る。 ｂａｔｔｅｎｉｃｅの膜で、果たして制御可能か。 そこで、導入されたとわたしが推測するのが、充放電の制御のための高密度 配線だ。 マイクロニクスが得意とする高密度配線だ。これはプローブメーカーとして、 彼らが最も得意とする技術だ。 ｂａｔｔｅｎｉｃｅは量子電池であるため、好ましくは各酸化チタン微粒子 に個々に直接的に作用したい。そのためには、高密度配線によって、各粒子に 働きかけることが必要となるはずだ。 この疑問については、２月末の電池展で確認したい。 Ｂａｔｔｅｎｉｃｅに高密度配線が必要であれば、製造コスト面と性能面で 障害となる。 ＩＲ資料には、従来の配線と比べて、「一般的なプリント基板の３０倍の高 密度配線」。それは、「セラミック基板」で製造される、とある。
どれだけ割高にするつもりなのか？というのがそれを読んだ時の第一印象だ。 セラミック基板は、量産性に乏しい。ｒｏｌｌ ｔｏ ｒｏｌｌはセラミッ クでは難しい。電極の製造プロセスはバッチになるのか。また、既存のプリン ト基板の３０倍の配線で安価なプロセスとはいえない。 副作用がある。電解質不要という構造でイオン電池に勝っていたはずの量子 電池。だが、高密度配線の導入により配線抵抗の増加という副作用が生じてし まう。
配線は細ければ細いほど（高密度配線）、長ければ長いほど（積層化による 引き回しで）抵抗は大きくなる。 電池の内部抵抗が高くなる。 配線抵抗は高電圧化への障害だ。電解質がない利点が、配線抵抗増という副 作用でオフセットされるリスクがある。
■はたしてトンネル効果なのか？
ｂａｔｔｅｎｉｃｅは量子電池という発表だが、わたしは疑問に思っている。 実は、トンネル効果とコンデンサ効果が混在している疑いだ。 なぜなら、ｂａｔｔｅｎｉｃｅの構造は、高誘電体である酸化チタン微粒子 を薄膜化し、それを電極で挟んだものだ。誘電体を電極で挟んだらコンデンサ だ。だから、コンデンサ的な性質が見えてとれる。 この点は、多くの投資家が感じ取っているはずだ。量子効果による蓄電か、 コンデンサによる帯電か、その両方か、見極める必要がある。
■共同開発者 グエラテクノロジー
グエラテクノロジー社は、富士通出身の中澤氏が設立したベンチャー企業。 中澤氏の過去１００件近い特許の大半は、インクジェット関連の特許。量子 デバイスに特段の知見はないようだ。 彼が元々、インクジェット関連の開発に従事していた。今回の発明では、酸 化チタンの微粒をコーティングする塗布技術が出発点かもしれない。 一方、日本マイクロニクスも量子デバイスに対する知見は高くない。それは、 彼らが配線基板の専門家だからだ。 ベンチャーには２つの厄介なタイプがある。 ひとつは、盲信かもしれないが、心からその技術を信じている場合。 もうひとつは、補助金の獲得が目的の技術営業者。 投資家サイドのアナリストは技術に疎い。 アナリストの多くは、経済学部やＭＢＡなどの文系出身者。 たとえば、コンデンサを新型「量子デバイス」と言い換えられたら、ふたつ とも物理「電池」であり、嘘ではない。化学電池にない利点がある。嘘ではな い。アナリストは騙されてしまう。 もちろん、中澤氏はそんな方ではないと信じている。 一般的に、人はわからないものを過大評価してしまう。
■巨大彗星、宇宙の藻屑と化す。新技術の運命
新しい技術は、世の中で厳しく試される。 昨年、観測が期待された彗星アイソン。長い尾を引く美しい姿を多くの天文 ファンは楽しみにしていた。だが、太陽に接近し、彗星のコア部分は太陽の熱 に耐えかねて消滅してしまった。 新技術も彗星のようなものだ。世の中の荒波の中で、多くは砕け散る。本物 なら生き残る。 量子電池は、これから、世の中の厳しい検証を受ける。 基礎研究の段階にも関わらず、基礎原理より、商売（量産性）を当事者たち は追求した。量子電池の学術的データはなく、実験データは非公表。電圧の推 移やら、現状の電圧水準やらなにも発表がなく、製品としての目標値を発表し た。データがないので、議論ができない。
もし、酸化物半導体がこんな安価な低温プロセスで良質膜ができるとしよう。 ならば、どうして、あんなに苦労して、長年、東京工業大学グループは酸化 物半導体を研究し続けているのだろうか。 もし、酸化物半導体のＰＮ接合デバイスが、こんな安価なプロセスで作成で きるなら、量子技術者たちのこれまでの血と汗はなんだったのか。
山本
