星野毅 LiSTie株式會社 CEO／CTO
「創新日本走訪」系列介紹那些以實際應用於社會一線為目標的研發現場。第30回採訪的是LiSTie株式會社CEO兼CTO星野毅，該公司開發出了能夠選擇性分離超高純度鋰離子的技術，並正致力於該技術和鋰回收系統的商業化。作為智慧手機、電動汽車電池等的核心原材料，鋰的需求量正迎來爆發式增長。鋰精煉過程中的環境污染及勞工問題令人擔憂，同時，如何滿足迅速增長的需求，確保供應鏈穩定，也是當前亟待解決的重要課題。
高純鋰高效精煉與資源化回收的革新路徑
特殊離子傳導膜的突破性應用
從東京都心乘坐筑波快線約30分鐘即可到達柏之葉校園站，這一以智慧城市理念打造的區域，實現了商業設施、住宅與生態綠地的有機融合。正專注於高純度鋰提取與資源化回收技術創新的LiSTie公司坐落於此。憑藉體積小，能量密度高的特點的優勢，鋰離子電池（LIB）已深刻融入現代社會的方方面面。隨著電動汽車等的全面普及，大規模的充電需求對電網帶來了巨大挑戰。為了有效儲存白天充沛的太陽能電力、以供電動汽車等隨時充電，大型儲能電池的市場需求預計將持續擴大。此外，在被寄予厚望的民用聚變能源發電中，鋰同樣不可或缺。
鋰作為一種不可再生資源，在面對全球逐年激增的需求時，其獲取渠道與精煉方式正面臨嚴峻挑戰。另外LiSTie的CEO兼CTO星野毅表示：「目前，將鹽湖或礦山產出的碳酸鋰進一步精煉為氫氧化鋰是行業的主流路線，但傳統工藝不僅伴隨著高能耗與長週期，還需要消耗大量化學藥劑，由此引發的生態環境負荷及勞工權益等ESG風險也令人擔憂。市場急需一種更低環境負荷的綠色鋰精煉替代方案。」
鑒於今後鋰電池的回收利用市場規模持續擴大，星野正致力於開發一種新型裝置。該裝置旨在從退役電池等原材料中高效去除雜質並回收高純度鋰，最終目標直指再生鋰的規模化供應。
實現鋰高效回收的關鍵，在於一種特殊的陶瓷離子傳導膜。在製造由鋰、鑭和鈦構成的陶瓷板時，工藝上特意使其中的鋰元素呈現非化學計量比缺陷（即人為製造鋰空位）。這樣一來，這些空位便成了只允許鋰離子通過的「專用通道」。在電場或濃度差驅動下，鋰離子逐個嵌入空位並向前定向遷移，最終在膜的另一側被高效釋放（如圖1所示）。與依賴微孔物理過濾的分離技術不同，該膜具有極高的選擇性，從而實現從高雜質溶液中深度提取高純度鋰。
圖1 離子傳導膜由陶瓷製成，有著類似陶器的堅硬觸感（左）。該傳導膜的厚度不足1毫米，在極大提升離子遷移速率的同時，其獨特的材料特性令除鋰之外的其他元素均無法通過，從而實現了高純度與高效率的兼得。（右）。
然而，在研發初期，鋰離子的透過速度太慢，成了制約其走向產業化應用的最大瓶頸。為此，星野嘗試了擴大膜面積、調整溫度等多種方法，但成效有限。最終打破僵局的是，他創新性地利用鹽酸在陶瓷膜表面構建了吸附層。該工藝降低了鋰離子的進入壁壘，使其透過速率暴增至原來的約100倍。此外，試驗表明，當溫度維持在80至90攝氏度時系統運行效率最高。經工藝優化後的陶瓷膜具備廣泛的物料相容性：既能有效應對電池生產製造廢液及退役鋰電池衍生材料的資源化利用，亦可用於鹽湖與礦山原生鋰礦石的精煉提純。
集裝箱式裝置開啟示範驗證
積極布局世界精煉市場
這項核心技術，是星野在國立研究開發法人量子科學技術研究開發機構（QST）任職期間的研發成果。2019年，在JST（國立研究開發法人科學技術振興機構）的大學衍生新產業創造計劃（START）的支持下，他正式啟動了該技術的落地應用研究。之後於2023年， LiSTie作為QST認證的初創企業正式成立。最初，星野的研究方向是利用該技術從海水中提取鋰，為民用可控聚變能源發電提供燃料。「但可控聚變能源發電最快也要到2030年代才有可能實現。」星野回憶道，「而另一方面，以電動汽車為代表的大容量鋰電池需求激增，預計最快在本世紀30年代，鋰資源的供需就可能出現嚴重不平衡的問題。因此我開始思考，能否將自己的技術更早地回饋給社會？這也是我創立LiSTie公司的初衷。」公司名稱由Lithium（鋰）、Sustainable（可持續）和Tie（連接、紐帶）組合而成，其中蘊含著「希望將自己的技術傳承給下一代」的願望。目前公司正在全速推進研發，並已同步開展商業化可行性調查等工作。
星野將鋰元素回收裝置命名為LiSMIC（Li Separation Method by Ionic Conductor）單元。在實際應用的規劃中，該裝置擬採用集裝箱式結構設計（圖2左）。由於其外形尺寸與40英尺標準集裝箱（寬高均約2米、長約12米）相當，因此機器便於運輸，並能輕鬆實現現場部署。這一設計的初衷，是讓該裝置能夠直接被運送到鹽湖等鋰資源開採現場，就地立即投入使用。
圖2 集裝箱型回收裝置（LiSMIC單元）。在標準40英尺集裝箱內集成安裝了搭載有大量陶瓷膜的分離裝置，具備極高的移動性，運輸到現場後可直接部署運行。
為了推進產品的商業化，研究團隊首先搭建了Bench-scale臺架級測試裝置，並於2026年5月正式啟動了實證測試工作（圖3）。此後團隊將基於測試結果，製作半集裝箱尺寸的設備，並力爭於2028年實現全面商業化。「如果是面向日本的回收企業，一個LiSMIC單元的產能就能滿足其需求。但如果要在智利的鹽湖進行鋰精煉，則大約需要400臺這樣的設備。這就必須要與大企業開展深度合作。」星野解釋道。事實上，以榮獲2025年度「STI for SDGs」 （可持續發展目標科學、技術和創新）JST理事長獎為契機，該項目已啟動與大型企業的業務合作計劃。
圖3 臺架級實證系統內部構造。圖中藍色圓圈內的模組搭載了尺寸約為5厘米見方的陶瓷分離膜。工藝流程為原液自膜左側引入，通過滲透完成精煉。
可控聚變能發電的關鍵同位素
能源問題的未來解決方案
LiSTie公司的長期目標是計劃於2030年上市（IPO）。屆時，當前主流電動汽車預計將迎來大規模的「報廢潮」。星野預測，全球範圍內對LiSMIC單元的需求也將快速增長。此外，公司也在同步推進最初的戰略目標——面向下一代民用可控聚變能源的鋰精煉技術。
可控聚變能作為公認的未來清潔能源，其反應需求氫的同位素——氘（重氫）和氚（三重氫）的參與。其中，氚可由聚變反應堆中產生的中子與鋰-6（⁶Li）反應生成。然而，在海水中所含的鋰元素中，鋰-7（⁷Li）這一同位素佔了絕大多數，高達92.4%，而鋰-6僅佔7.6%。星野解釋道：「與鋰-7相比，鋰-6穿透陶瓷膜的速率要略快一些。只要將我們處理過的陶瓷膜串聯排列，讓溶液連續滲透，鋰-6的豐度就會逐漸增加，最終可提純到90%以上。我們堅信，這項綠色提純技術能夠為未來低碳清潔能源所需資源的供給發揮重要作用。」
懷揣著下一代清潔能源走向現實、全球能源危機得到解決的未來願景，星野及其團隊正致力於通過自己的綠色技術來改變世界。（TEXT：本橋恵一、PHOTO：島本繪梨佳）
原文：JSTnews 2026年6月號
翻譯：JST客觀日本編輯部
