拓展无人机应用的新型集流体技术，从平面箔材迈向立体无纺布

如果无人机能够持续飞行数十分钟乃至数小时，桥梁检测、灾害应对以及物流的形态或将发生巨大变革。目前,阻碍其实现的一大课题便是"飞行时间"。为解决这一课题，I-PEX开发出将无纺布金属化而成的集流体——"三维无纺布集流体（Advanced Conductive Mesh）"。

本文将介绍其所引领的未来愿景，以及支撑这一愿景的技术。

无人机飞行时间延长数分钟，绝非单纯的性能提升。它意味着作业人员无需进入桥梁或灾害现场等危险区域，也意味着能够将物资送达此前无法抵达的山区和受灾地区。

我们所开发的三维无纺布集流体，不仅能够支撑无人机的进化，更有潜力成为支撑基础设施维护、灾害应对以及物流形态的基础技术。

实际进行无人机飞行验证的结果显示，市售锂离子电池的悬停时间为8分51秒，而采用三维无纺布集流体的电池则达到16分20秒，实现了约2倍的悬停时间。

支撑这一可能性的，正是能够充分发挥电池性能的、平日少有人关注的部件——"集流体"。

用于无人机的锂离子二次电池，是通过电解液中的锂离子在正极材料和负极材料之间移动来进行充放电的。涂布活性物质的薄金属箔（正极为铝箔，负极为铜箔）即为"集流体"，其作用是承载活性物质，并收集和传导电子，使电池能够高效地进行充放电。

左右电池连续使用时间的，是负极材料的理论容量（即材料在理论上可储存的电池容量）。石墨的理论容量为372mAh/g，而硅则高达4,200mAh/g，是石墨的10倍以上。但由于硅在充放电时体积最大会发生4倍变化，导致作为支撑体的铜箔剥离，电气连接随之丧失，这一直是悬而未解的课题。

为解决上述课题而开发的，正是"三维无纺布集流体（Advanced Conductive Mesh）"。无纺布是以口罩等所用的PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）或PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）为原料的立体结构织物。在其上进行铜或铝的金属化（电镀）处理，从而赋予其导电性。

该集流体的特点在于：即便面对像硅一样反复膨胀收缩的活性物质，也能在不发生剥离的情况下维持电气连接。由于活性物质可以保持在纤维之间的间隙中，无纺布的柔韧性能够跟随体积变化。委托评估公司进行的寿命试验（充放电次数评估）结果显示，其使用寿命达到传统铜箔集流体的5倍以上。

此外，还有在铜镀层之上进一步施加"CNT复合铜镀层"的类型。CNT即碳纳米管，是一种有助于提升导电性和耐弯曲性的材料。

三维无纺布集流体由于使用了无纺布，单体厚度较厚。然而，在铜箔两面涂布石墨的传统负极材＋集流体，与将活性物质包含于纤维组织内部的三维无纺布集流体，二者的总厚度大致相同。而重量约为前者的一半，因此在无人机等对重量限制较为严格的用途中具有优势。此外，经确认其导电性与铜箔相当，有助于导电性的提升。

本公司长期从事采用金属端子的连接器制造，积累了丰富的生产经验。凭借多年积累的连接器电镀技术以及充裕的开发·实验资源，我们将其运用到了本次开发之中。开发历经数年，在出身电镀制造部门的项目成员的努力下，于2025年成功制作出样品。

此类技术也受到了市场的高度关注。

事实上，在展会上我们收到了许多面临类似课题的客户的咨询，例如、"希望改善硅负极的剥离与劣化"、"希望通过厚涂活性物质来提升电池容量，但导电性会变差"等。

三维无纺布集流体，具有为下一代电池开发现场所产生的课题提供解决方案的潜力。

在开发阶段，我们已经进行过一对正极·负极（单层电芯）的评估，以及与铜箔相比的充放电次数评估。但当时尚未在实际使用环境下进行验证。因此，我们与市售锂离子电池进行对比，开展了悬停时间与室内飞行时间的评估。

前者是起飞后在原地悬停的测试。结果显示，市售电池为8分51秒，而采用三维无纺布集流体的电池达到16分20秒，实现了约2倍的连续飞行时间。后者是在室内所设赛道上绕圈飞行的测试，相对于市售电池的9分27秒，达到了18分41秒，同样实现了约2倍的飞行时间。飞行时间长于悬停时间，其原因在于飞行过程中包含下降等相对不太耗能的动作。

通过本次实证实验，我们确认了迄今为止所开发·评估的优势，在实际的无人机飞行中同样得到了发挥。然而，本次实证实验均在室内进行。今后还需在室外严苛环境（风雨、高温·低温等）下继续推进实验。

本次所取得的优势，是硅负极材料与三维无纺布集流体两者共同作用的结果。今后，还需进一步追求并提升集流体单体的优势，例如传统集流体（铜箔）与三维无纺布集流体在导电性上的差异等。

本次实证实验中，URUTAMA株式会社在电池包的制作以及悬停测试场地的安排等方面给予了协助。今后，我们也将在该公司的协助下，继续推进采用三维无纺布集流体电池的回收特性、安全性以及量产性等方面的验证工作。

无人机有各种尺寸，而我们在开发时所设定的目标是"微型无人机"。此类无人机主要用于基础设施检测以及现场状况确认（拍摄），但可飞行时间约为10分钟。

假设往返需要5分钟，那么实际可作业的净时间仅为5分钟。如果是可以分次进行的作业，可以通过多次飞行来完成。但如果是"希望拍摄下水管某处的情况"等无法返回的作业，除延长飞行时间之外别无他法。

让无人机执行作业的需求，不仅仅是出于效率化或省力化的考虑。无人机可应用于桥梁（高处）、存在坠落·滑落危险的场所、灾害现场以及存在爆炸危险的场所等危险区域的作业。

尤其在灾害现场，往往具有紧急性。事实上，2026年熊本地震的现场，以及福岛第一核电站的废堆作业中，均已有无人机的应用。

电池连续使用时间的长短，也是左右无人机飞行时间的重要性能之一。这与电池的能量密度密切相关。能量密度是指单位体积或单位重量所能储存的电池容量大小的指标，因电池方式及活性物质而异。本次我们以硅作为负极活性物质为前提，开发了三维无纺布集流体。

目前虽以微型无人机为目标，但我们认为未来可以拓展至各种各样的无人机。例如，若物流无人机的连续使用时间得以延长，则可将物资从市区输送至山区更远的地方。若应用于农药喷洒无人机，则可向更广阔的农田进行喷洒，或者减少飞行次数。

此外，在无人机表演等娱乐领域，飞行时间的延长也有可能拓宽演出的广度。在无数无人机飞舞于空中、令人们陶醉的"无人机表演"中，将可以编排更长的表演节目，或上演规模更大的表演。

我们认为，这项技术不仅将提升无人机的性能，还将有助于实现人们无需进入危险场所的社会。

一枚看不见的"集流体"所带来的数分钟差异，将大幅拓展无人机可进入的场所和可运送物品的范围。在桥梁检测以及灾害应对的现场，它意味着人们无需亲自踏入的安全性；在面向山区及受灾地区的物资输送中，它连接起此前无法触及的距离。

三维无纺布集流体所支撑的，并不只是无人机。从EV的轻量化、人造卫星，到娱乐表演的舞台，凡是需要提升电池性能的各个领域，其可能性都在不断延展。

看不见的部件的进化，正悄然而确切地改变着出行与安全的形态。

I-PEX今后也将与客户及合作伙伴企业携手共同致力于性能提升，持续追求新的可能性。如您在电池或集流体方面存在课题，欢迎随时与我们联系。