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リチウムイオン電池における高容量化・高電圧化技術と安全対策

リチウムイオン電池における高容量化・高電圧化技術と安全対策

~破裂・爆発・膨張・異臭など,国内外での事故事例に学ぶ傾向と対策~

目次

第1章 リチウムイオン二次電池と火災

  • 1.世界の電池火災の歴史
  • 2.近年の日本の電池火災の経年推移
  • 3.中国、韓国、米国、オーストラリアの電池火災例
    • 3.1 中国の火災例
    • 3.2 米国での電池火災例
    • 3.3 韓国での電池火災例
    • 3.4 オーストラリアでの火災事故
    • 3.5 日本でのLiB電池火災例

第2章 正極活物質,正極周辺部材の高電圧化・高出力化対応とその技術

第1節 正極活物質の高容量・高耐久化のための材料改質
  • 1.Co系正極
    • 1.1 形状改質
    • 1.2 バルク改質
    • 1.3 表面改質
  • 2.Ni系正極
    • 2.1 形状改質
    • 2.2 バルク改質
      • 2.2.1 元素置換
      • 2.2.2 コアシェル型、濃度勾配型粒子
    • 2.3 表面改質
  • 3.Mnスピネル系正極
    • 3.1 形状改質
    • 3.2 バルク改質
    • 3.3 表面改質
  • 4.Feオリビン系正極
    • 4.1 形状改質
    • 4.2 バルク改質
    • 4.3 表面改質
      • 4.3.1 炭素質被着
      • 4.3.2 非炭素質被着
第2節 リチウムイオン電池の発熱反応と安全化技術
  • 1. リチウムイオン電池の発熱要因と安全機構
    • 1.1 電池内部の発熱
    • 1.2 リチウムイオン電池の材料と主な安全機構
      • 1.2.1 電池材料
      • 1.2.2 電池構成部品
  • 2. リチウムイオン電池の発熱反応解析
    • 2.1 電池材料の発熱反応
      • 2.1.1 負極/電解液間の反応
      • 2.1.2 正極/電解液間の反応
    • 2.2 過充電反応 発熱反応解析と対策
      • 2.2.1 過充電時の電圧、温度変化
      • 2.2.2 過充電時のガス発生反応
      • 2.2.3 過充電正極の構造変化
      • 2.2.4 種々の温度に保持した恒温水槽中での過充電挙動
      • 2.2.5 過充電状態の負極の熱挙動
      • 2.2.6 過充電反応のメカニズム
      • 2.2.7 過充電耐性の向上
    • 2.3 内部短絡
      • 2.3.1 内部短絡電流と発熱との関係
  • 3.リチウムイオン電池の安全性試験
第3節 5V級高電圧正極材料LiNi0.5Mn1.5O4の合成と充放電機構
  • 1.Ni置換Li.Mnスピネル酸化物の低温磁性
  • 2.高結晶性LiNi0.5Mn1.5O4スピネル酸化物
  • 3. LiNi0.5Mn1.5O4スピネル酸化物の充放電に伴う構造変化
第4節 5V級正極LiCoMnO4を用いた薄膜リチウム電池の開発とその特性
  • 1.LiCoMnO4薄膜の作製:基板加熱法
    • 2.5 V級正極LiCoMnO4を用いた全固体薄膜電池
  • 3.LiCoMnO4薄膜の作製:ポストアニール法
第5節 高電圧系正極,および高Ni含有正極の水系スラリー製造と電池特性評価
  • 1.天然物バインダーを用いた電極スラリーの製造
    • 1.1 高ニッケル含有正極材料の水系スラリーの製造
    • 1.2 高ニッケル含有正極材料の水系スラリーのpHや分散特性の把握
  • 2.水系塗料により塗工した電極を用いた電池の性能実証
    • 2.1 電池の作製方法
    • 2.2 試験セルの充放電特性
      • 2.2.1 高Ni系正極,高電圧型正極系における電池特性
第6節 加圧炭酸ガス処理による正極スラリーの特性と電池特性
  • 1.加圧炭酸ガス処理による正極作製12~14)
    • 1.1 加圧炭酸ガス処理 (PCT)
    • 1.2 PCTによる水系NCA電極の作製
  • 2.PCTが及ぼすサイクル特性への効果
第7節 穴あき加工LiFePO4/活性炭電極を用いたLIBの高出力化
  • 1.電極の作製および電極の評価方法
  • 2.LFP/ACハイブリッド電極によるレート特性の向上
第8節 リチウム過剰系固溶体正極材料
  • 1.実験方法
    • (1) xLi2MnO3.yLiNi1/2Mn1/2O2. (1.x.y) LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 リチウム過剰系固溶体正極材料の合成
    • (2) 合成されたLLOのキャラクタリゼーション法
    • (3) 電池の作製方法および性能試験法
  • 2.結果と考察
    • (1) 合成されたxLi2MnO3.yLiNi1/2Mn1/2O2. (1.x.y) LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 リチウム過剰系正極材料のキャラクタリゼーション
    • (2) xLi2MnO3.yLiNi1/2Mn1/2O2. (1.x.y) LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 リチウム過剰系正極材料の電池特性
    • (3) xLi2MnO3.yLiNi1/2Mn1/2O2. (1.x.y) LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 リチウム過剰系正極材料のレート特性
  • および合成されたLLOサンプルの総合的なカソード性能評価
第9節 大容量を有する分子性クラスターイオン型正極材料の特性
  • 1.分子性クラスターイオンpolyoxometalateの特徴と構造
  • 2.再結晶を利用したナノサイズ化・ハイブリッド化 [13, 16]
    • 2.1 容易な回収・リサイクル
    • 2.2 実験条件
  • 3.代表的POMの電気化学特性と改善法
    • 3.1 反応機構

第3章 負極活物質,周辺部材の高電圧化対応,膨張収縮対応,劣化防止とその技術

第1節 高安全性リチウムイオン電池に向けたTiO2/Cナノ複合体の効率的製造
  • 1.背景
    • 1.1 Ti系電極材料
    • 1.2 TiO2/Cナノ複合材料
    • 1.3 液パルスインジェクション法
  • 2.LPI法によるTiO2/Cナノ粒子の高効率な製造方法
  • 3.TiO2/Cナノ粒子の構造制御
    • 3.1 製造温度の影響
    • 3.2 キャリアガス流速の影響
    • 3.3 炭素源の添加による炭素担持量の制御
  • 4.TiO2/Cナノ粒子の電極特性
第2節 シリコン材料とポリイミドバインダとを用いた負極の導電性が及ぼす電池安全性
  • 1.Liドープ量によるSi活物質層の抵抗率
  • 2.Si負極の導電率と釘刺し安全性
第3節 無機ケイ酸系バインダを被覆したシリコン負極と シリコン-グラファイト混合負極の開発
  • 1.無機ケイ酸系バインダを被覆したシリコン負極の開発
  • 2.無機ケイ酸系バインダを被覆した Si-グラファイト混合負極の開発
第4節 アルミニウムやチタン等の軽金属添加によるコンバージョン型負極の特性改善
第5節 Li.Ti.O系酸化物負極活物質の作製と充放電特性
  • 1.Li.Ti.O粉末の作製
  • 2.Li.Ti.O粉末の物性評価
    • 2.1 熱的性質
    • 2.2 結晶相
    • 2.3 粒子形態
  • 3. Li.Ti.O電極の特性評価
    • 3.1 電極作製
    • 3.2 電気化学評価セル
    • 3.3 Li.Ti.O電極のサイクリックボルタンメトリー (CV) 法による酸化還元挙動
    • 3.4 Li.Ti.O電極の充放電特性

第4章 バインダによる電極-集電体の界面設計と導電助剤によるイオン導電性向上

第1節 電極板構成材料の最適な組合せ、電池性能評価と不具合防止-活物質、導電助剤とバインダーなど-
  • 1.電極板の模式図と工程 (断面、塗工パターンほか)
  • 2.最近の正負極材のモルフォロジーと化学組成
  • 3.正極材と導電剤の分散混合
  • 4.バインダーの種類と機能
第2節 水系正極バインダー
第3節 ゴム系硫黄材料に適したバインダと集電体の検討と正極特性
  • 1.ゴム系硫黄活物質の合成
  • 2.ゴム系硫黄正極のバインダ検討
  • 3.ゴム系硫黄正極の集電体の検討
  • 4.ゴム系硫黄/一酸化ケイ素 (SiO) 系電池の温度特性
  • 5.ゴム系硫黄/SiO系電池の高温ハイレート試験
  • 6.ゴム系硫黄/SiO系電池の釘刺し試験
第4節 セルロースナノファイバー複合バインダの開発とNCA正極の高温耐久性
  • 1.セルロースナノファイバー (CeNF) バインダの開発
  • 2.CeNFを複合化したPVdF系バインダの開発
第5節 負極用バインダー
  • 1.電極用バインダーの役割
  • 2.負極用バインダー
    • 2.1.負極用バインダーの役割
    • 2.2 溶剤系負極バインダー
    • 2.3 水系負極バインダー
    • 2.4 水系負極用バインダーの高機能化
第6節 車載電池での応用に向けたバインダーの技術開発動向
  • 1.車載電池と正極用インダー
  • 2.大型電池のプロセスと正極バインダー
  • 3.負極用バインダー
  • 4.セパレータ・コーティング用バインダー
  • 5.全個体電池用バインダー
第7節 リチウムイオン電池用導電材としてのアセチレンブラック
  • 1.リチウムイオン電池用導電材としてのアセチレンブラック
    • 1.1 リチウムイオン電池の用途と求められる特性
    • 1.2 高エネルギー密度用途に求められる特性
    • 1.3 高出力用途に求められる特性 (正極用導電材として)
    • 1.4 負極用導電材としてのアセチレンブラック
  • 2.リチウムイオン電池用アセチレンブラックの研究事例
    • 2.1 アセチレンブラックの分散性と電池特性の関係
    • 2.2 リチウムイオン電池の高電圧化とアセチレンブラック
第8節 多孔質カーボンブラックの特長とリチウムイオン二次電池への応用
  • 1.多孔質カーボンブラックの構造的特徴
    • 1.1 粒子形状
    • 1.2 粒子の表面構造
  • 2.多孔質カーボンブラックの導電性フィラーとしての性質
  • 3.当社製品の代表性状
  • 4.多孔質カーボンブラックのリチウムイオン二次電池への応用
    • 4.1導電特性
      • 4.1.1 正極スラリーの粘度物性
    • 4.2 電池特性
第9節 カーボンナノチューブ系リチウムイオン電池用導電助剤開発状況
  • 1.VGCFRの製造方法と代表物性
  • 2.VGCFRのLIB用導電助剤としての添加効果
    • (1) LIB用導電材特性比較とVGCF添加基礎概念
    • (2) 高電極密度でのVGCFの電極内電解液浸透性改善
  • 3.VGCFRLIB用途への最近の検討状況
    • 3.1 VGCFとCBとの耐酸化性 (正極側電位安定性)
    • 3.2 VGCF.H/CNT/CB三種導電材
    • 3.3 Si系高容量負極への適用
第10節 次世代蓄電池用添加剤としての単層/多層カーボンナノチューブの特徴と性能評価
  • 1.カーボンナノチューブ (CNT) とは
  • 2.CNTのLIBへの応用の基本的な考え方
  • 3.カーボンナノチューブ (CNT) の導電補助材特性を阻害する要因と対策
  • 4.CNTをLIB電極へ添加したときの電池性能評価
    • 4.1 負極への添加効果
    • 4.2 正極への添加効果
第11節 高性能エネルギーデバイスに資する「炭素めっき技術」の開発
  • 1.溶融塩系からの炭素の電析
  • 2.カーバイドイオンの陽極酸化による炭素めっき
  • 3.緻密質炭素めっきの電気化学的エネルギー変換デバイスへの応用
  • 4.炭酸イオンの陰極還元による炭素めっき
  • 5.大型基材への炭素めっき

第5章 セパレーターの高耐熱化,劣化防止による安全性向上

第1節 セパレータがリチウムイオン電池の電池性能に与える影響とその要求特性」
  • 1.セパレータに要求される特性
  • 2.LIBの材料技術とセパレータ
  • 3.電池製造プロセスとセパレータへの要求特性
  • 4.セパレータの技術
    • 4.1セパレータの製法
    • 4.2 セパレータの強度
    • 4.3 セパレータの諸特性測定
    • 4.4 セパレータにおけるイオン伝導と空孔率と空孔の屈曲度について
    • 4.5 耐熱性、耐圧縮性セパレータ
    • 4.6 不織布セパレータ
    • 4.7 高容量化と耐酸化性セパレータ
第2節 リチウムイオン電池の安全性向上に関するポリオレフィン微多孔膜系セパレータ技術
  • 1.ポリオレフィン微多孔膜とシャットダウン機能
    • 1.1 ポリオレフィン微多孔膜
    • 1.2 シャットダウン機能
  • 2.コーティング技術を適用した安全性向上
    • 2.1 耐熱層コーティング
    • 2.2 接着層コーティング
第3節 不織布セパレータと安全性について
  • 1.不織布セパレータのリチウムイオン二次電池への適用
  • 2.不織布塗工セパレータの開発
  • 3.セパレータの安全性評価方法
    • 3.1 セパレータ単体での評価
    • 3.2 実際の電池での評価
    • 3.3 模擬電池系での評価
第4節 リチウムイオン電池用セルロースナノファイバー複合セパレータの開発
  • 1.筆者ら関連でのCNF及び化学修飾CNFの研究
    • 1.1 セルロースを水懸濁液状で超高圧斜向衝突処理することによるCNF化
    • 1.2 セルロースを無水コハク酸付加による化学修飾をした上で、水懸濁液状で超高圧斜向衝突処理することによるCNF化
  • 2.セパレータ製造方法の装置化
    • 2.1 コハク酸半エステル化CNF複合セパレータ製造と評価
      • 2.1.1 CNF複合ペレット内におけるCNFの分散状態
      • 2.1.2 CNF複合セパレータ製造方法
      • 2.1.3 得られたセパレータの特性
      • 2.1.3.1 セパレータ特性評価方法
      • 2.1.3.2 中間段階の製造法で調製されたコハク酸半エステル化CNF複合セパレータの特性
      • 2.1.3.3 フルライン化工程製造法で調製されたコハク酸半エステル化CNF複合セパレータの特性
      • 2.1.4 エネルギー分散型X線分析装置 (EDX) を用いたCNF 分散状態の測定
      • 2.1.5 熱収縮による溶融観察
      • 2.1.6 電池評価結果
第5節 電解質やセパレータ設計のためのイオン易動度制御技術
  • 1.イオン易動度やイオンにかかる相互作用力の見積もりの原理と方法
  • 2.易動度とミクロ粘性率の見積もりによる電解質やセパレータ材料設計
    • 2.1 電解液の基礎物性評価
    • 2.2 ポリマーゲル電解質の設計
    • 2.3 セパレータ構造の評価と設計指針
  • 3.電解質材料設計のまとめ

第6章 電解質の酸化防止や難燃化,新しい電解質材料による安全性向上

第1節 リチウムイオン電池用の電解液不燃化技術
  • 1.ホスファゼン化合物
  • 2.リチウムイオン電池用電解液の不燃化剤としてのホスファゼンの構造最適化
  • 3.電解液の燃焼性試験
  • 4.電池性能
第2節 ゼロソルベント系電解質の電気化学とリチウム二次電池への応用
  • 1.イオン液体
  • 2.有機イオン性柔粘性結晶
  • 3.アルカリ金属中低温溶融塩
第3節 イオン液体のリチウム二次電池への応用について
  • 1.負極の可逆化と高レート特性の機構解明
  • 2.イオン液体系を特徴づける電極界面構造
  • 3.FSIイオン液体電解液の最適化による炭素負極のレート特性向上
  • 4.イオン液体による実用リチウムイオン電池の設計
  • 5.FSIイオン液体電解液中におけるSi薄膜電極の挙動
  • 6.無溶媒イオン液体電解液による「宇宙用リチウム二次電池」
    • 6.1 人工衛星用イオン液体リチウム二次電池
    • 6.2 人工衛星打ち上げロケット用イオン液体リチウム二次電池
第4節 自己修復性ポリ (ボロシロキサン) のリチウムイオン2次電池用負極バインダー/シリコン電極コーティング剤への応用
  • 1.ポリ (ボロシロキサン) の合成
  • 2.ポリ (ボロシロキサン) のフッ化物イオンセンシング
  • 3.ポリ (ボロシロキサン) の自己修復能
  • 4.ポリ (ボロシロキサン) のリチウムイオン二次電池用負極バインダー/コーティング剤としての応用
第5節 含フッ素ジエーテル化合物の物性および電気化学特性
  • 1.物理的性質
  • 2.電気化学的性質
  • 3.リチウム二次電池への応用

第7章 固体電解質および新しい蓄電池設計,その効率向上に向けて

第1節 固体電解質による高信頼性電池への可能性
  • 1.全固体化への期待
  • 2.リチウムイオン伝導性固体電解質
  • 3.硫化物系固体電解質電池における正極界面抵抗低減
  • 4.リチウムイオン電池を超える性能に向けて
第2節 ガラスセラミックスによる固体電解質材料について
  • 1.酸化物系固体電解質
  • 2.リチウムイオン伝導性ガラスセラミックスについて
  • 3.リチウムイオン伝導性ガラスセラミックスの空気電池用固体電解質としての応用
  • 4.新しいガラスセラミックス電解質 (LICGCTM:焼結体.01)
  • 5.ガラスセラミックス添加によるリチウムイオン電池の特性向上
第3節 Amorphous酸化物系固体電解質と薄膜Li二次電池製造プロセスについて
  • 1. 全固体型薄膜リチウム二次電池の構造と構成部材
    • 1.1 全固体型薄膜リチウム二次電池の構造
    • 1.2 構成部材
  • 2. 全固体型薄膜リチウム二次電池の製造技術
    • 2.1 全固体型薄膜リチウム二次電池用の製造装置
    • 2.2 スパッタリングターゲット
  • 3. 全固体型薄膜リチウム二次電池の特性
  • 4. 新規アモルファス固体電解質について
    • 4.1 固体電解質の混合アニオン効果
    • 4.2 アモルファス型新規固体電解質LiSiONの特性
      第4説 水素化物系イオン伝導体の開発動向
  • 1.水素化物系リチウムイオン伝導体
    • 1.1 テトラヒドリドホウ酸リチウムLiBH4
    • 1.2 クロソ型ヒドリドホウ酸リチウム
    • 1.3 ヒドリドホウ酸リチウムにおける局所構造の影響
    • 1.4 ヒドリドホウ酸リチウムを用いた全固体型リチウム二次電池
    • 1.5 ヒドリドホウ酸リチウムのリチウムイオン伝導性に影響を及ぼす因子
第5節 透明な薄膜リチウムイオン電池とその可能性
  • 1.リチウムイオン電池内部で起こる反応の可視化
  • 2.分子プレカーサー法による薄膜形成技術と応用
  • 3.透明薄膜リチウムイオン電池と反応の可視化
  • 4.光充電型リチウムイオン電池
第6節 全固体ポリマーリチウム二次電池の特徴とその可能性
  • 1.1990年代の本格的な全固体リチウムポリマー電池開発
  • 2. リチウムポリマー電解質
    • 2.1 非晶質領域と結晶領域
    • 2.2 可塑剤添加
    • 2.3 無機フィラー添加
    • 2.4 リチウム塩の選択
    • 2.5 側鎖の導入
  • 3.全固体電池の作成
    • 3.2 負極物質
  • 4 V級正極との組合せ

第8章 電池周辺部における安全対策-安全弁,パッケージ,接合封止,他-

第1節 燃えないリチウム二次電池のための周辺マテリアル開発について~室温イオン液体電解質の設計と可能性~
  • 1.室温イオン液体の特徴とリチウム二次電池用電解液への適用における課題,
  • 2.リチウム二次電池用電解液としての研究例,
  • 3.リチウム二次電池用電解液としての今後の課題
第2節 リチウムイオン二次電池用PFAガスケットの開発と特徴
  • 1.原料の選定
    • 1.1 耐熱性
    • 1.2 耐薬品性
    • 1.3 柔軟性
    • 1.4 電気特性
    • 1.5 難燃性
    • 1.6 吸水率
    • 1.7 原料グレード
  • 2.ガスケット成形
  • 3.ガスケットの特徴
    • 3.1 圧縮クリープ
    • 3.2 淀川ヒューテック使用PFA材料の冷熱衝撃による圧縮クリープ
    • 3.3 ヒートサイクルによる圧縮クリープ
    • 3.4 PFA材料の応力緩和
    • 3.5 ガスケットの応力緩和
    • 3.6 ガスケットの表面
    • 3.7 電解液透過
    • 3.8 より高性能なPFAガスケットの研究
第3節 液漏れを防止する高耐久リチウムイオン電池 (カシメ部) 用シール材
  • 1.シール材とは
  • 2.シール材の要求特性
  • 3.シール材の塗布方法
  • 4.シール材に使われる材料
    • 4.1 材料選定のポイント
    • 4.2 アスファルト系シール剤
    • 4.3 ゴム系シール剤
  • 5.アスファルト系シール材とゴム系シール材の比較
  • 6.シール材の技術課題とこれからのシール材
第4節 酸化ガスを放出するリチウムイオン電池用安全弁について
  • 1.安全弁とは
  • 2.ラプチャー型 (開裂型) 安全弁
    • 2.1 電鋳法
    • 2.2 エッチング法
    • 2.3 プレス法
  • 3.ガス透過型安全弁
    • 3.1 膜のガス透過性
    • 3.2 高分子膜のガス透過機構
    • 3.3 ガス透過膜を利用した安全弁
  • 4.自己復帰型安全弁
  • 5.ラミネート型電池向け安全弁
第5節 蓄電素子容器用ラミネートステンレス箔の力学特性と加工性
  • 1.力学特性について
    • 1.1 シミュレーション計算による内圧上昇時の容器の変形挙動解析
    • 1.2 負圧下でのソフトパックの実際の膨張
    • 1.3 耐突き刺し性
  • 2.加工性について
    • 2.1 プレス加工性
    • 2.3 成形深さ向上のための金属組織制御
    • 2.3 溶接性
第6節 リチウム電池製造におけるレーザ加工技術の適用
  • 1.リチウムイオン電池の市場の拡大と変遷
  • 2.リチウムイオン電池の種類
  • 3.リチウムイオン電池の構造
  • 4.リチウム電池の組立
  • 5.リチウムイオン電池の生産に使用されるレーザ発振器
    • 5.1 レーザ発振器と加工システムの進化
    • 5.2 ファイバーレーザとディスクレーザ
  • 6.リチウムイオン電池のレーザ加工
    • 6.1 レーザ切断
    • 6.2 レーザ溶接
    • 6.3 アルミのレーザ溶接
    • 6.4 銅のレーザ溶接
    • 6.5 アルミと銅の異材レーザ接合技術
  • 7.新しいレーザ発振器と溶接品質を確保するための周辺技術
    • 7.1 光整形 リングレーザ発振器
    • 7.2 青色半導体レーザ
    • 7.3 溶接線のトラッキング
    • 7.4 溶接品質のモニタリング

第9章 リチウムイオン電池製造プロセスの技術,その異物対策,湿度コントロールによる品質管理

第1節 リチウム電池の主な課題
  • 1.金属不純物
    • 1.1 金属集電体 (Cu箔体、Al箔体)
    • 1.2 電池缶体成形時の金属不純物1)
    • 1.3電池活物質,SEI層に対する水分の影響
    • 1.4 CO2,その他の不純物
  • 2.Dry room の概要と役割
    • 2.1 LiB電池の水の影響
    • 2.2 Dry roomの原理と試験機、生産機器
    • 2.3 Dry room,Dry chamberの構成
    • 2.4 EDLC、LiB の放電特性に及ぼす水分の悪影響
    • 2.5 LiBへの水分の悪影響
第2節 スプレードライヤによる粒子設計とリチウム電極材への応用
  • 1.スプレードライヤによる造粒について
  • 2.乾燥について
    • 2.1 スプレードライヤの乾燥プロセス
      • 2.1.1 恒 (定) 率乾燥期間
      • 2.1.2 減率乾燥期間
  • 3.微粒化装置1)
    • 3.1 回転円盤 (ディスク)
      • 3.1.1 ピン型回転円盤
      • 3.1.2 ベーンスリット型回転円盤
      • 3.1.3 ベーンノズル型回転円盤
      • 3.1.4 ケスナー型回転円盤
    • 3.2 圧力ノズル (一流体ノズル、加圧ノズル)
    • 3.3 二流体ノズル
    • 3.4 改良型の二流体ノズル
  • 4.熱風接触方式
    • 4.1 並流型
    • 4.2 向流型
    • 4.3 並向流型 (混合型)
  • 5.温度と粒子形態の関係
  • 6.リチウムイオン電池における粒子設計
    • 6.1 正極材
    • 6.2 負極材
第3節 電極スラリーの作製と乾燥技術について
  • 1.電極作製に使用する材料について
    • 1.1 負極に用いられる材料
    • 1.2 正極に用いられる材料
  • 2.電極スラリーの作製について
    • 2.1 負極 (水系) スラリー作製時の留意点
    • 2.2 混練初期の固練り条件
    • 2.3 バインダー添加工程
    • 2.4 最終粘度調整工程
  • 3.電極乾燥について
    • 3.1 電極の乾燥工程
    • 3.2 乾燥工程時の留意点
第4節 リチウムイオン電極スラリーの熱処理、乾燥技術、コンタミ対策
  • 1.電極用スラリー
  • 2.電極用乾燥炉
  • 3.赤外線について
  • 4.波長制御ヒータ
  • 5.波長制御システムの適用性
  • 6.新たな乾燥プロセス実現に向けて
  • 7.コンタミ対策について
第5節 高速分散装置の特長及びハイニッケル系活物質の水系スラリーへの適用
  • 1.高速スラリー化 (従来型分散装置の5倍以上) が可能
  • 2.ソフトで均一な分散
  • 3.コンパクト設計で省スペース化を実現
  • 4. 完全分解可能な構造
    • 4.1 高速分散装置「ジェットペースタ」
    • 4.2 キャビテーションを利用した新発想の分散装置
    • 4.3 高速分散装置「ジェットペースタ」の優位性3)
  • 5.正極活物質の水系スラリーへの適用4)
    • 5.1 リン酸鉄リチウムの場合
    • 5.2 高容量ハイニッケル活物質について5、6)
    • 5.3 炭酸ガスの優位性
    • 5.4 NCAの場合
      • 5.4.1 電極スラリー及び電極の作製
      • 5.4.2 電極特性
  • 6.高速分散装置「ジェットペースタ」のシリーズ
第6節 リチウムイオン二次電池製造工程における溶剤回収・精製,負極水系給排気システム
  • 1.電極工程で排出されるNMPの回収システム
  • 2.電極工程の負極水系の給排気システム
  • 3.NMPのオンサイトリサイクルシステム (NMP精製装置)
  • 4.注液~封止及びガス抜き工程から排出される電解液排気の処理システム

第10章 リチウムイオン電池の充放電特性,安全性試験-部材劣化の解析,品質試験を中心に-

第1節 走査透過型電子顕微鏡によるリチウムイオン電池材料の局所構造解析
  • 1.走査透過型電子顕微鏡
    • 1.1 環状暗視野法
    • 1.2 環状明視野法
    • 1.3 電子エネルギー損失分光法
    • 1.4 エネルギー分散型X線分光法
  • 2. 正極材料
    • 2.1 Li1.2 (Ni,Mn,Co) O2の異相界面
    • 2.2 スピネル型構造の表面構造
    • 2.3 スピネル型構造の相転移
  • 3. 固体電解質
    • 3.1 ペロブスカイト型固体電解質
第2節 サイクル試験における負極材料の劣化要因別解析の提案
  • 1.不活性雰囲気でのLIB解体分析
    • 1.1 分析における試料の取り扱いについて
    • 1.2 劣化要因別手法
  • 2.サイクル試験における試作LIB の劣化解析事例
    • 2.1 導電パス不良の解析
    • 2.2 活物質の劣化解析
      • 2.2.1 断面SEM/EDSによる元素分布分析
      • 2.2.2 セルの内部ガス成分分析
    • 2.3 SEIの生成
      • 2.3.1 表面分析 によるSEIの構造解析
      • 2.3.2 抽出分析によるSEIの組成分析
第3節 リチウムイオン電池電極の分散性及びin situ顕微鏡観察による反応分布解析
  • 1.電極合剤の分散状態が信頼性に及ぼす影響
  • 2.電極断面における合剤分散性評価技術
    • 2.1 正極合剤の分散性評価
    • 2.2 負極合剤の分散性評価
  • 3.in situ顕微鏡観察によるLIB内部の解析
    • 3.1 電極断面のin situ顕微鏡観察
    • 3.2 充放電による電極色変化の観察
    • 3.3 低温充電におけるLIB内部の観察
    • 3.3 過充電によるLi デンドライト発生過程の観察
    • 3.4 in situ顕微鏡観察を利用した電極断面における反応分布解析
  • 4. LIBにおけるオンライン発生ガス分析
第4節 リチウムイオン電池における劣化症状の発現プロセスとバッテリーアグリゲーション経済性向上のための劣化診断技術
  • 1.リチウムイオン電池を用いたバッテリーアグリゲーション
  • 2.リチウムイオン電池の劣化の要因・症状・進み方
  • 3.蓄電池劣化診断基盤技術の想定課題
  • 4.リチウムイオン電池のリアルタイム劣化診断
  • 5.バッテリーアグリゲーション経済性向上のための劣化診断

第11章 リチウムイオン電池の充放電特性,安全性試験 内部抵抗,イオン伝導性の可視化,過充電や発熱の解析

第1節 リチウムイオン電池のインピーダンス測定による解析法
  • 1.非線形デバイスとしての電池
  • 2.電圧と電流、電池の内部抵抗
  • 3.電圧と電気量、電池の静電容量
  • 4.交流インピーダンス
  • 5.電池の構造と内部抵抗
  • 6.電池の内部抵抗と温度特性
  • 7.電池の内部抵抗と寸法変化
  • 8.電圧規制と電流規制
第2節 複素インピーダンス法による吸湿性粉末試料のイオン導電率評価
  • 1.吸湿性粉末試料に対する導電率評価システム概要
  • 2.測定用プローブと試料セルの準備
  • 3.複素インピーダンス法の原理
  • 4.吸湿性粉末試料への応用例
    • 4.1 アンチペロブスカイト構造をもつLi2OHCl のイオン導電率の温度変化
    • 4.2 LiCl のイオン導電率の温度変化
第3節 リン酸塩系無機固体電解質焼結体の作製と導電率の交流インピーダンス測定
  • 1. Li2O.Al2O3.TiO2.P2O5系非晶質粉末の作製
  • 2. Li2O.Al2O3.TiO2.P2O5系非晶質粉末の物性評価
  • 3. Li1+xAlxTi2.x (PO4) 3系無機固体電解質焼結体の作製とそれらの結晶相
  • 4. Li1+xAlxTi2.x (PO4) 3系無機固体電解質焼結体の導電性
    • 4.1 交流インピーダンス法による導電率測定
    • 4.2 交流インピーダンス法により得られた軌跡と等価回路
    • 4.3 導電率の温度依存性と組成依存性
第4節 PGSE.NMRによる電池材料中のイオン拡散挙動の評価
  • 1.PGSE.NMRによる拡散係数の測定原理
  • 2.リチウムイオン二次電池のセパレータにおけるリチウムイオン拡散挙動解析5)
    • 2.1 孔の異方性と出力特性
    • 2.2 孔の疎密分布
  • 3.無機固体電解質のLi+イオン拡散挙動解析
    • 3.1 7Li.NMR測定によるLi+イオンの運動性評価
    • 3.2 LATPを実例としたLi+イオン拡散係数測定
第5節 リチウム遷移金属酸化物における組成変化と構造擾乱による伝導・拡散挙動の変化
  • 1.実験手順
    • 1.1 試料
    • 1.2 ミリング処理
    • 1.3 交流インピーダンス測定
    • 1.4 NMR測定
  • 2.LiMO2 (M=Co, Ni, Cu) とLi2CuO2における結晶構造の変化と構造擾乱による伝導挙動の変化
    • 2.1 電気抵抗率・伝導度測定
    • 2.2 7Li NMRスペクトルの温度依存性
    • 2.3 7Li核の核磁化とスピン-格子緩和時間T1
第6節 リチウムイオン電池の充放電時の熱挙動評価
  • 1.熱測定用の装置 (熱量計)
  • 2.熱的応答遅れの補正
  • 3.LiCoO2/黒鉛質炭素系リチウムイオン電池の充放電時の発熱挙動
  • 4.LiCoO2/難黒鉛化性炭素系リチウムイオン電池の充放電時の発熱挙動

第12章 リチウムイオン電池の安全性試験 発生ガス分析,圧壊,水没,釘刺しなどの過酷試験

第1節 リチウムイオン電池の製造工程を考慮した安全性と試験方法及び試験の過酷度合
  • 1.安全性試験の目的、効果と過酷度
  • 2.製造工程と原材料と安全性
  • 3.電極板の欠陥
  • 4.タブ端子の重要性
  • 5.セパレータの位置不良 (内部短絡)
  • 6.電解液の浸透不良
  • 7.導電性異物と内部短絡
  • 8.製造欠陥への対策
第2節 リチウムイオン二次電池の安全性試験とガス分析
  • 1.リチウムイオン電池の規格
  • 2.安全性試験時の発生物
    • 2.1 試験と分析のフロー
    • 2.2 釘刺し試験と分析例
    • 2.3 圧壊試験と分析例
第3節 リチウムイオン電池電極の3次元空隙ネットワーク解析と薄板積層模型の作製
  • 1.リチウムイオン電池電極の3次元空隙ネットワーク解析
    • 1.1 実験方法
    • 1.2 解析事例
  • 2.LIB電極の薄板積層模型の作製
    • 2.1 薄板積層模型について
    • 2.2 放射光X線顕微CTによるLIB電極の高分解能観察
    • 2.3 断層像からの薄板積層模型の作製
第4節 リチウムイオン電池における安全性試験の規格と試験方法
  • 1.メーカーとユーザーの連携
  • 2.業務課題と一覧表からの選択
  • 3.安全情報の流れ
  • 4.EVなど自動車の特殊性
  • 5.安全性規格と試験方 (1) セル (単電池) とモジュール (組電池)
  • 6..安全性規格と試験方法 (2) 再生可能エネルギー蓄電システム
  • 7.安全性規格と試験方法 (3) EVなど自動車システム

第13章 各種リチウムイオン電池および周辺機器の高容量化・高電圧化対応と安全設計

第1節 自動車・移動体用リチウムイオン電池および充電施設、周辺機器の安全設計
  • 1.米国Tesla motors の動向と好調な理由
  • 2.日本の動向
  • 3.中国市場
  • 4.欧州のEV化動向
  • 5.日産のe.Power 動向
  • 6.中国 (韓国) の大型EDLC動向
  • 7.各種充電器と高速充電器の動向
  • 8.EV用LiB電池の占有率の推移
第2節 —リチウムイオン電池を中心とした— 自動車用蓄電デバイスの現状,展望,化学業界への期待
Q1「自動車用蓄電デバイス」開発の背景と最近の動向は?
  • (1) EV用
  • (2) HEV用
  • (3) PHEV用
  • (4) マイクロハイブリット車用 Q2「自動車用蓄電デバイス」の要素開発におけるポイントは? Q3「自動車用蓄電デバイス」としてのリチウムイオン電池の展望は? Q4現行の自動車用リチウムイオン電池の課題と改善点は? 課題1 コスト低減 課題2 体積エネルギー密度の向上 課題3 充電の受け入れ性 課題4 動作温度範囲の向上 課題5 エネルギー密度の向上 課題6 資源・材料の供給と値段の安定 Q5 自動車用蓄電デバイス」としての電気二重層キャパシタ,リチウムイオンキャパシタの展望は? Q6 現行の次世代自動車ユーザーからの意見を含め,今後の蓄電池開発と活用の方向性についてお教え願います。 Q7 材料技術ならびに,製造技術,試験評価技術などで,化学業界に期待されることとは?
第3節 ZEV規制の現状,展望,求められる蓄電デバイスや周辺部材について
Q1「カリフォルニア州ZEV規制」とはどんな規制なのでしょうか?その経緯や現状を含めて簡単にご説明願います。 Q2「ZEVクレジット」における売買の動きと,日本の自動車業界の対応とは? Q3「ZEV規制」による,実際の自動車販売の動きは如何でしょうか? Q4 ZEV規制対応車に求められる「蓄電デバイス」とは?現状デバイスの高性能化と新しい蓄電デバイス採用の可能性は? Q5 今後,全世界レベルでEVやPHVの走行台数の拡大が予測されますが,それにともなう懸念事項は?
  • (1) 電池供給の偏り
  • (2) EVの走行台数と充電インフラとのバランス
  • (3) 本来のEVの普及目的と各国の思惑との乖離 Q6「蓄電デバイス」以外に,採用や需要の拡大が見込まれる周辺部材とは? Q7「カリフォルニア州ZEV規制」の今後の動き,アメリカ以外での採用の可能性は? Q8 本テーマで今後期待される技術や装置,自動車メーカーから化学業界に期待される点とは?
第4節 各種リチウムイオン電池セルの発熱挙動と、モジュールとユニットの放熱設計
  • 1.リチウムイオン電池 (セル) と温度
    • 1.1 18650円筒セルの充放電と発熱
    • 1.2 リチウムイオン電池 (セル) の吸/発熱モデル
  • 2.EVなど、電池ユニットの冷却の目的
    • 2.1 EVなどにおける電池ユニットの冷却
      • 2.1.1 タイプ別のセルの特性と向上
      • 2.1.2 HV、PHVとEV 電池ユニットのSOC変化
      • 2.1.3 電動自動車の充放電パターンと発熱/吸熱
      • 2.1.4 セルの形状と冷却方式 (HV、PHVとEV)
      • 2.1.5 電池ユニットの冷却方式 (HV、PHVとEV)
    • 2.2 EVなどにおける電池ユニットの冷却
      • 2.2.1 HV、PHVとEVにおける電池システムと冷却
第5節 小型EV向けリチウムイオン電池モジュールの設計・製作について
  • 1.小型EVなどに搭載される二次電池の種類と特性
  • 2 小型EVへの搭載事例
    • 2.1 コンボイ88への搭載
    • 2.2 コムスへの搭載
    • 2.3 EVデロリアンへの搭載
  • 3. 制御回路 (BMS) について
    • 3.1 保護回路の必要性
    • 3.2 システム全体の構成
  • 4.モジュール設計のポイント
    • 4.1 電池技術者とEV設計者のコミュニケーション
    • 4.2 リチウムイオン電池で何を解決したいのか?
    • 4.3 最適な電圧および電池容量
    • 4.4 最大電流の確認
    • 4.5 期待寿命とコスト
    • 4.6 安全な運用と信頼性向上のための実証実験
第6節 スマートハウス向けリチウムイオン蓄電池システムについて
  • 1.スマ・エコ オリジナル
    • 1.1パワーイレ・プラス
  • 2.スマ・エコ オリジナルⅡ
    • 2.1 POWER iE6 (パワーイエ・シックス)
  • 3.スマ・エコ チャージ
    • 3.1 POWER iE6 HYBRID (パワーイエ・シックス・ハイブリッド)
    • 3.2 POWER iE5 Link (パワーイエ・ファイブ・リンク)
  • 4.家庭用リチウムイオン蓄電池システムを活用した新たな取り組み
    • 4.1 スマ・エコ タウン陽だまりの丘
    • 4.2 セキュレア豊田柿本
      • 4.2.1 街区内での電力融通
      • 4.2.2 エネルギー自給住宅
第7節 自動車用リチウムイオン電池におけるワイヤレス給電の現状とその安全性
  • 1.はじめに
  • 2.ワイヤレス給電の動向と原理
    • 2.1 電磁気学の発展
    • 2.2 電波式ワイヤレス給電
    • 2.3 電磁誘導式ワイヤレス給電
    • 2.4 磁界共振式ワイヤレス給電
  • 3. EV用ワイヤレス給電システムの課題
    • 3.1 電磁干渉
    • 3.2 生体への影響
    • 3.3 誘導加熱
  • 4.充電制御技術と安全性
    • 4.1 通信と標準化
    • 4.2 電力制御
    • 4.3 安全性
第8節 LiB電池の輸送上の火災例と安全な包装、梱包と安全弁対策
  • 1.LiB電池の安全に関する規制の概要
  • 2.電池輸送時の火災例
  • 3.包装梱包の実例
  • 4.包装梱包の各種規制
  • 5.安全弁対策

第14章 蓄電デバイスにおける計算技術の活用とその可能性

第1節 蓄電デバイスにおける計算技術の活用
  • 1.計算手法の基礎
    • 1.1.各種計算手法の特徴
    • 1.2.第一原理計算の基礎
    • 1.3.分子動力学法の基礎
    • 1.4.連続体シミュレーションの基礎
  • 2.蓄電デバイスにおける計算技術の応用事例
    • 2.1 第一原理計算を活用した界面シミュレーション
    • 2.2 古典分子動力学法を活用した電気二重層界面の理解
    • 2.3 電極内における反応・輸送連成シミュレーション
    • 2.4 計測・シミュレーションの実践的連携による構造設計

執筆者

  • 西野技術士事務所 西野 敦
  • 渡辺春夫技術士事務所 渡辺 春夫
  • 大崎技術コンサルティング 大崎 隆久
  • 徳島大学 中村 浩一
  • 日本ゼオン(株) 金子 真弓
  • (国研)産業技術総合研究所 向井 孝志
  • (国研)産業技術総合研究所 池内 勇太
  • (国研)産業技術総合研究所 田中 秀明
  • (国研)産業技術総合研究所 柳田 昌宏
  • (国研)産業技術総合研究所 喜村 勝矢
  • (国研)産業技術総合研究所 坂本 太地
  • 日本スピンドル製造(株) 大西 慶一郎
  • (国研)産業技術総合研究所 山下 直人
  • 住友ゴム工業(株) 久保 達也
  • (株)日本製鋼所 石黒 亮
  • (株)日本製鋼所 中村 諭
  • 兵庫県立大学 中村 龍哉
  • (株)リガク 紺谷 貴之
  • 東北大学 桑田 直明
  • アイ・エレクトロライト 副田 和位
  • 神奈川大学 松本 太
  • 神奈川大学 野村 文洋
  • 神奈川大学 津田 喬史
  • 長岡工業高等専門学校 中村 奨
  • 名古屋工業大学 園山 範之
  • 北海道大学 岩村 振一郎
  • 北海道大学 向井 紳
  • 日本ゼオン(株) 山本 徳一
  • アルケマ(株) 鈴木 孝典
  • 名古屋工業大学 園山 範之
  • 群馬大学 森本 英行
  • デンカ(株) 永井 達也
  • ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ(株) 大原 勝義
  • 昭和電工(株) 武内 正隆
  • (株)名城ナノカーボン 橋本 剛
  • アイ‘エムセップ(株) 伊藤 靖彦
  • アイ‘エムセップ(株) 錦織 徳二郎
  • アイ‘エムセップ(株) 辻村 浩行
  • リチウムイオン電池技術アドバイザー 中島 薫
  • 帝人(株) 西川 聡
  • 三菱製紙(株) 笠井 誉子
  • 京都大学 吉岡 まり子
  • (国研)産業技術総合研究所 齋藤 唯理亜
  • (株)ブリヂストン 大月 正珠
  • 日本化学工業(株) 根岸 克幸
  • (国研)産業技術総合研究所 松本 一
  • 関西大学 石川 正司
  • 北陸先端科学技術大学院大学 松見 紀佳
  • 東京工芸大学 南部 典稔
  • (国研)物質・材料研究機構 高田 和典
  • (株)オハラ 印田 靖
  • 新潟大学 村山 大
  • 新潟大学 佐藤 峰夫
  • アルバック(株) 佐々木 俊介
  • 東北大学 高村 仁
  • 東北大学 石垣 範和
  • 東北大学 河村 純一
  • 工学院大学 永井 裕己
  • 工学院大学 佐藤 光史
  • 三重大学 武田 保雄
  • 岩手大学 宇井 幸一
  • 岩手大学 万代 俊彦
  • 淀川ヒューテック(株) 小門 幹政
  • 日本ゼオン(株) 前田 耕一郎
  • (株)オプトニクス精密 絹田 精鎮
  • 新日鐵住金(株) 茨木 雅晴
  • タマリ工業(株) 三瓶 和久
  • 大川原化工機(株) 根本 源太郎
  • 日本ゼオン(株) 園部 健矢
  • 日本ガイシ(株) 近藤 良夫
  • 日本スピンドル製造(株) 浅見 圭一
  • 大気社(株) 本岡 義啓
  • 東京大学 石川 亮
  • 東京大学 幾原 雄一
  • (株)東レリサーチセンター 森脇 博文
  • (株)住化分析センター 木村 宏
  • 大和製罐(株) 有馬 理仁
  • 山形大学 立花 和宏
  • 日本大学 山田 康治
  • 日本大学 山根 庸平
  • 旭化成(株) 栗間 昭宏
  • 旭化成(株) 橋本 康博
  • 旭化成(株) 森川 卓也
  • 旭化成(株) 吉野 彰
  • (国研)産業技術総合研究所 齋藤 喜康
  • (株)泉化研 菅原 秀一
  • 日鉄住金テクノロジー(株) 藤井 直美
  • 住化分析センター(株) 末広 省吾
  • (株)SUBARU 中村 光雄
  • マイクロ・ビークル・ラボ(株) 松尾 博
  • 大和ハウス工業(株) 原田 真宏
  • 早稲田大学 高橋 俊輔
  • (国研)物質・材料研究機構 古山 通久
  • (国研)物質・材料研究機構 ジャベッド バーベール
  • 九州大学 井上 元

出版社

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体裁・ページ数

A4判 並製本 707ページ

ISBNコード

978-4-86104-728-2

発行年月

2018年10月

販売元

tech-seminar.jp

価格

80,000円 (税別) / 88,000円 (税込)

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