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リチウムイオン電池の製造プロセス&コスト総合技術 2016

リチウムイオン電池の製造プロセス&コスト総合技術 2016

~原材料、設計・製造、工程機器とコスト構成~
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ご案内

本書の特徴

  • 2016年の到達点でのリチウムイオン電池の製造プロセスとコストを総合分析
  • リチウムイオン電池の原材料、設計と製造、工程機器とコスト構成を詳述
  • リチウムイオン電池20,000円/kWhからコスト半減への道筋と展望

刊行にあたって

 本レポートは、リチウムイオン電池における、原材料、設計・評価技術、製造工程、コスト、さらには新たな開発動向と諸課題に関して、2016年時点の集大成として以下のポイントをまとめた。
 現在の電池 (セル) 製造プロセスは、1990年代初頭にSONY 株式会社 が創出した内容と、ほとんど変わっていない。電極構造が複雑で、使用される原材料の種類も多く、製造工程は長い。特に電極板を製造する湿式塗工・ 乾燥工程はブレークスルー的な進歩が全く見られない。
 電池コストは20,000円/kWhを分岐点として、さらなる拡大のためには10,000円/kWh以下のレベルが求められている。2016年はEVなど大型用途の市場が急拡大しつつあるが、コストダウンのためには製造工程の合理化・統合と、化学系原材料の安定供給が急務である。
 安全性の担保は、原材料、セル設計と試験規格の総合的なアクションであるが、「試験あって安全なし」の状況がかなり続いた。有機電解液系の原理的な問題解決が見えてこないなか、製造欠陥の排除などで信頼性を維持している状況である。
 髙容量の正負極材の開発は、EVの走行距離の400kmレベルへのステップであるが、安全性も含めた実用系では、高性能材ほど使い難い一面がある。ポスト・リチウムイオンや700km走行の燃料電池車 (FCV) との競合で、生き残れるリチウムイオン電池を確立することが日本メーカーの技術課題であろう。
 本書にはかなり技術ノウハウ的な内容も含まれる。リチウムイオン電池の生産がグローバル化し、創始者のSONY 株式会社 が事業自体から撤退 (2016/07) した現在、これまでの技術を一旦開放し、組み直しがあってしかるべきとの問題意識でまとめた。
 本レポートの記述には二次電池工学的な解説も多く含まれている。リチウムイオン電池は化学電池として、異業種の連系で成り立っているため、業種間の技術情報の共有との意味で、解説的な内容をも含めた。ここでまとめた内容が、リチウムイオン電池の製造工程とコストを巡る課題の理解と改善に何らかのお役にたてれば幸いである。

調査・執筆 菅原秀一
企画・編集 シーエムシー・リサーチ

各章のポイント

  • 第1章「リチウムイオン電池と特性」の内容 リチウムイオン電池 (セル) の製造と関連の深い、基本設計、特性と用途、構造や規格の問題を解説した。これらの事項は多くの技術内容を含んでおり、日々進歩の過程にある。また安全性 (リスクとハザード) はリチウムイオン電池の、古くて新しい問題であり課題も多い。
  • 第2章「電池材料・部材と性能レベル」の内容 リチウムイオン電池の製造において使用される材料と部材は、種類や内容も多岐にわたる。製造工程と関連付けて説明したいが、煩雑になるためここで原材料と部材だけを分離して解説した。 なお、導電剤やバインダー溶液などは、重複になるが製造工程の中でも解説をした。
  • 第3章「設計・製造工程と機器」の内容 リチウムイオン電池は内部構造が複雑で、使用される原材料の種類も多く、工程のステップも長い。ここでは製造工程の全体の流れを概説すると共に、個々の製造機器について詳述した。 また、工場原価を試算する際に設定したモデルを例に、工程、機器の種類を示してそれぞれが何をしているかの流れを説明した。
  • 第4章「電池製造 (前・中工程) 」の内容 リチウムイオン電池の製造工程の前工程、中工程を解説した。前工程は粉体配合とスラリー調整、中工程は塗工・乾燥と電極板加工などである。それぞれの工程で原材料が逐次投入され、各種の設備機器で加工・処理されている。
  • 第5章「電池製造 (後工程) 」の内容 リチウムイオン電池の製造工程の後工程を解説した。前中工程と大きく異なりクリーンでドライな環境であり、ここで初めて化学材料の集合体であったものが“電池”として命を吹き込まれる。同時に、特性検査 (充放電特性) によって、これまでの工程の“最後の審判”が下されることにもなる。
  • 第6章「電池のコスト」の内容 高性能のリチウムイオン電池をより低コストで生産することは、需要拡大への道を進める上での重要なステップである。利便性で買われているスマートフォンなど小型用途では、高くても (むしろ問題にされないが、EVや系統連系蓄電などの大型用途は、トータルのエネルギーコストの中での、電池コスト=畜電コストの一部と見て、容赦のない評価がされる。現状の電池コストについて解説した。
  • 第7章「ポストリチウムイオン電池」の内容 電池のニーズのあるEVないしPHVが、今後さらに普及することは確かである。その鍵となるのは、より比容量・kWh/kg (L) の高い電池の低コストの生産である。ポストリチウムイオン電池開発まで一気に行くか否かはともかく、シーズとしての高性能正・負極材の開発と実用化が急テンポで進められている。一方、高性能原材料を活かした電池製造は、電気化学的なセル設計を始めとして、かなりの困難が予想される。

目次

第1章 リチウムイオン電池と特性

  • 1.1 リチウムイオン電池の用途分野と特性レベル
    • 1.1.1 生産のグローバル化
    • 1.1.1.1 国内のリチウムイオン電池生産
    • 1.1.1.2 車載および小型リチウムイオン電池の国内生産
    • 1.1.1.3 リチウムイオン電池の生産のシフト
    • 1.1.1.4 電動自動車の電池 (1)
    • 1.1.1.5 電動自動車の電池 (2)
    • 1.1.2 小型 (モバイル) /中型 (工具、 自転車)
    • 1.1.2.1 iPhon5内蔵リチウムポリマー電池
    • 1.1.2.2 スマートフォン用電池の比容量とPSE、CEマーク
    • 1.1.2.3 au (KDDI) 電池容量とパネルサイズ
    • 1.1.2.4 アシスト自転車の電池容量 (Ah)
    • 1.1.2.5 アシスト自転車の電池パック
    • 1.1.2.6 電動工具用電池パック
    • 1.1.2.7 電動工具用電池パックのAhとWh容量
    • 1.1.2.8 電動工具用リチウムイオン電池の例
    • 1.1.2.9 電動工具用リチウムイオン電池への要求特性
    • 1.1.3 自動車 (HV、PHV、EV、FCV)
    • 1.1.3.1 HVの生産台数
    • 1.1.3.2 日産自動車のEVリーフの販売実績 (国内)
    • 1.1.3.3 主な自動車メーカーのEVの出荷台数
    • 1.1.3.4 EVの走行距離と電池の容量試算
    • 1.1.3.5 日産リーフ280km走行モデル
    • 1.1.3.6 日産EV (LEAF) の電池構成
    • 1.1.3.7 低電圧蓄電デバイスによるEVの可能性
    • 1.1.3.8 三菱i-MiEV M搭載のLTO負極電池
    • 1.1.3.9 EVリチウムイオン電池の主要諸元 (1)
    • 1.1.3.10 EVリチウムイオン電池の主要諸元 (2)
    • 1.1.3.11 EVの電力消費率、交流蓄電と直流放電
    • 1.1.3.12 EVの二次電池、エネルギーロスと回生
    • 1.1.3.13 電動系自動車の蓄・発電容量と走行距離 (1)
    • 1.1.3.14 電動系自動車の蓄・発電容量と走行距離 (2)
    • 1.1.4 鉄道など交通システム、 電力系統連系、 再生可能エネルギー関連
    • 1.1.4.1 JR東日本EV-E301系電車の例
    • 1.1.4.2 JR東海の電車搭載の回生システム
    • 1.1.5 電力系統連係
    • 1.1.5.1 自然エネルギーの系統連係円滑化蓄電システムの導入
    • 1.1.5.2 風力発電の出力平滑化
    • 1.1.5.3 NEDO系統連系蓄電システム
    • 1.1.5.4 東北電力 株式会社 の系統連系蓄電システム
  • 1.2 セルの構造と容量設計
    • 1.2.1 Ah容量とセルの構造
    • 1.2.1.1 リチウムイオン (セル) の特徴
    • 1.2.1.2 セル (単電池) からシステム (組電池) へ
    • 1.2.1.3 セル (単電池) からシステム (組電池) へのシミュレーション (1)
    • 1.2.1.4 セル (単電池) からシステム (組電池) へのシミュレーション (2)
    • 1.2.1.5 二次電池の安全性に関する小型、中型と大型
    • 1.2.1.6 円筒型セルのAh容量の変遷
    • 1.2.1.7 ラミネート型セルの特性
    • 1.2.1.8 スマートフォン電池の急速充電と長持ち対策
    • 1.2.2 電極版、端子構造と放熱性
    • 1.2.2.1 セルの構造と熱伝導
    • 1.2.2.2 ラミネート型セルの発熱挙動
    • 1.2.2.3 セルの外装材と電極構造
    • 1.2.2.4 セルの形式 (1) 電極体と集電方法
    • 1.2.2.5 セルの形式 (1) 電極端子と外装材
    • 1.2.2.6 セルの集電長と負極面積
    • 1.2.2.7 ラミネートセルのモジュール化と放熱
    • 1.2.2.8 大型ラミネートセルの放熱方法 (1)
    • 1.2.2.9 大型ラミネートセルの放熱方法 (2)
    • 1.2.2.10 リチウムイオン電池セルの放熱、加熱と保温
    • 1.2.2.11 円筒型と平板 (ラミネート) 型セルの表面積を比較
    • 1.2.2.12 リチウムイオンセル構成材料の熱伝導率
    • 1.2.3 捲回 (角型) 函体収納
    • 1.2.3.1 積層電極体の大容量セル
    • 1.2.3.2 PHV用リチウムイオン電池 (セル) の構造
    • 1.2.3.3 大型リチウムイオンのセル、 パック、 ユニット
    • 1.2.3.4 扁平捲回電極体
    • 1.2.3.5 エリーパワー 株式会社 の函体収納型リチウムイオン電池
    • 1.2.4 捲回 (円筒) 函体収納
    • 1.2.4.1 角形および円筒型セルの例
    • 1.2.4.2 扁平捲回電極体、缶収納
    • 1.2.5 積層 (平板) ラミネート外装収納
    • 1.2.5.1 積層型リチウムイオン電池 (セル) の電極構造
    • 1.2.5.2 電極端子を内部電極とリベット結合
    • 1.2.5.3 両タブ出しラミネート型セル
    • 1.2.5.4 両タブ出し大型ラミネートセルの代表例
    • 1.2.5.5 上タブ出しラミネート型セルの構造
    • 1.2.5.6 ラミネート型セルの端子と放熱 (放電) 性
    • 1.2.5.7 ラミネート型セルのタブ端子
    • 1.2.5.8 ラミネート型セルの容量と重量
    • 1.2.5.9 セルの形態、平板 (積層) 、円筒と角槽
    • 1.2.5.10 リチウムイオン電池の変遷 (システム化)
    • 1.2.5.11 リチウムイオン電池の変遷 (小・超小型セル)
  • 1.3 エネルギー、 パワーとサイクル特性
    • 1.3.1 エネルギー特性と測定方法
    • 1.3.1.1 20Ahセルの充電と放電
    • 1.3.1.2 単電池への性能要求事項 (1)
    • 1.3.1.3 単電池への性能要求事項 (2)
    • 1.3.1.4 単電池への要求事項 (3)
    • 1.3.1.5 CC低電流とCV定電圧充電の経過
    • 1.3.1.6 CC定電流、CV定電圧と下限電圧、上限電圧
    • 1.3.2 パワー特性と回生充電
    • 1.3.2.1 パワータイプとエネルギータイプの放電レート特性
    • 1.3.2.2 セルの内部抵抗と放電挙動モデル
    • 1.3.2.3 タイプ別のセルの特性と向上モデル
    • 1.3.2.4 回生充電モデルと内部抵抗
    • 1.3.2.5 パワー設計の事例 20Ahセル
    • 1.3.3 サイクル特性 (寿命)
    • 1.3.3.1 放電容量維持率チャート
    • 1.3.3.2 セルの寿命予測
    • 1.3.3.3 EV電池の実運用結果と推定
    • 1.3.3.4 SOCの抑制によるサイクル寿命の延長 (1)
    • 1.3.3.5 SOCの抑制によるサイクル寿命の延長 (2)
    • 1.3.3.6 セルの寿命推定、サイクル劣化+保存劣化
    • 1.3.3.7 EV電池、 車載システムの寿命評価ステップ
    • 1.3.3.8 IEC62660-1放電出力制御パターン
    • 1.3.3.9 自動車走行の容量維持率
    • 1.3.4 畜電コスト
    • 1.3.4.1 SOCを30%カットした蓄電コスト
    • 1.3.4.2 蓄電コストと電気コスト
  • 1.4 電池の製品規格と認証システム
    • 1.4.1 国内の規格
    • 1.4.1.1 リチウムイオン電池の規格
    • 1.4.1.2 製品規格、測定規格、安全性 (試験) 規格
    • 1.4.1.3 セルの形状と容量、規格表示
    • 1.4.1.4 JISC8711 標準リチウムイオン二次電池
    • 1.4.2 海外の規格
    • 1.4.2.1 DOEのPHV用リチウムイオン電池の規格提案
    • 1.4.2.2 EUCARのセル開発ロードマップ
    • 1.4.3 UL規格などの認証
    • 1.4.3.1 リチウムイオン電池関係のUL規格
    • 1.4.3.2 電池関係UL規格の用途分野
  • 1.5 安全性規格と試験方法
    • 1.5.1 製造工程と安全性
    • 1.5.1.1 リチウムイオン電池関係の事故件数と対策
    • 1.5.1.2 リチウムイオン電池の安全性
    • 1.5.1.3 小型・中型・大型リチウムイオン電池の安全性問題
    • 1.5.1.4 時間経過をふまえた安全と危険
    • 1.5.1.5 リチウムイオン電池の劣化 (1)
    • 1.5.1.6 リチウムイオン電池の劣化 (2)
    • 1.5.2 国内規定と電気用品安全法
    • 1.5.2.1 電気的な安全性試験
    • 1.5.2.2 単・組電池の安全性試験
    • 1.5.2.3 二次電池の安全性試験に関するJIS規格の分担 (1)
    • 1.5.2.4 二次電池の安全性試験に関するJIS規格の分担 (2)
    • 1.5.2.5 強制内部短絡試験の概要
    • 1.5.2.6 リチウムイオン電池の規格
    • 1.5.3 海外のグローバルな規定と規程
    • 1.5.3.1 安全性試験の対象
    • 1.5.3.2 中国の電気自動車用の新規格
  • 1.6 関連資料
    • 1.6.1 キャパシタと電池の併用システム
    • 1.6.1.1 リチウムイオン・キャパシタ ラミネート型/円筒型/角槽型セル/モジ
    • 1.6.1.2 コマツリフト 株式会社 のキャパシタハイブリッド電動フォークリフト
    • 1.6.1.3 建機など大型機器へのキャパシタの応用事例
    • 1.6.1.4 エレベーターの回生充電と停電対策
    • 1.6.1.5 新PRIUSα ニッケル水素/EDLC、リチウムイオン/EDLC
    • 1.6.2 燃料電池との併用システム
    • 1.6.2.1 トヨタMIRAI、高性能の“動く発電所”航続距離650km
    • 1.6.2.2 蓄電と発電デバイスと応用展開
    • 1.6.3 3R (リサイクルなど) 関係の概要
    • 1.6.3.1 EVからの廃電池の発生パターン
    • 1.6.3.2 資源・環境関係法の相互関係と機能
    • 1.6.3.3 二次電池の3Rと関連事項
    • 1.6.3.4 二次電池の回収、リサイクルと再資源化
    • 1.6.3.5 リチウムイオン電池応用機器の回収と電池処理
    • 1.6.3.6 国内小型二次電池回収ルール (JBRC)
    • 1.6.4 安全性試験関係の参考資料一覧
    • 1.6.4.1 セルの釘刺試験 (発火させた例)
    • 1.6.4.2 UN国連危険物輸送基準勧告 (オレンジブックⅢ)
    • 1.6.4.3 UNECE安全性試験項目の概要
    • 1.6.4.4 安全性試験の想定領域 (概念図)
    • 1.6.4.5 安全性試験の過酷度とアクションプラン
    • 1.6.5 サイクル劣化と寿命推定
    • 1.6.5.1 VDAの試験方法によるサイクルライフ
    • 1.6.5.2 10Ahセルのサイクル劣化 (1) 電流低下モデル
    • 1.6.5.3 10Ahセルのサイクル劣化 (2) 電圧低下モデル
    • 1.6.5.4 放電容量維持率、Ah表示と充放電効率

第2章 電池材料・部材と性能レベル

  • 2.1 正極材
    • 2.1.1 汎用正極材
    • 2.1.1.1 正極剤の理論容量と実用容量
    • 2.1.1.2 正極剤の特性
    • 2.1.1.3 汎用正極剤の特性
    • 2.1.1.4 正極活物質の自己分解開始温度
    • 2.1.1.5 鉄リン酸リチウム正極
    • 2.1.1.6 鉄リン酸リチウム正極の4Ahセルの特性
    • 2.1.1.7 高容量の正極活物質
    • 2.1.1.8 正極活物質の放電容量の向上
    • 2.1.1.9 正極剤の容量とセルの試算 (1)
    • 2.1.1.10 正極剤の容量とセルの試算 (2)
    • 2.1.1.11 正極材の容量とセルの比容量モデル
    • 2.1.1.12 正極剤の放電容量とセルの電流密度
    • 2.1.2 粒子のモルフォロジー
    • 2.1.2.1 LNMCO三元系正極材
    • 2.1.2.2 正極材の粒子形状
    • 2.1.2.3 ゾルーゲル法+噴霧熱分解法によるマンガン系正極/LCOの合成方法
    • 2.1.2.4 噴霧造粒・焼成系の正極活物質と同電極板
    • 2.1.2.5 LFP (リン酸鉄リチウム) LiFePO4の特性例
    • 2.1.2.6 実用・正極Li-化合物の粒径と比表面積
    • 2.1.2.7 3元系高性能正極材の製品の改良事例
    • 2.1.3 高容量正極材 (5V系)
    • 2.1.3.1 リチウムイオン電池のエネルギー密度向上
    • 2.1.3.2 正負極の電位とセルの放電容量
    • 2.1.3.3 硫黄系高容量正極の目標
    • 2.1.3.4 正負極の電位上昇とセルの放電容量低下
    • 2.1.3.5 LNMO5V系正極の放電特性
    • 2.1.3.6 Li1.0~1.1リチウムの単元、二元系
    • 2.1.3.7 リチウム過剰系 (Li>1.2) の単元と2,3元系の研究例
    • 2.1.3.8 5V系正極材の最近の研究事例
    • 2.1.3.9 使えない正極材
  • 2.2 負極材と導電剤
    • 2.2.1 炭素系負極材
    • 2.2.1.1 炭素系負極の模式図
    • 2.2.1.2 炭素系負極材料の特性
    • 2.2.1.3 負極材料の理論容量とセルの端子電圧
    • 2.2.1.4 各種負極材の理論容量
    • 2.2.1.5 各種負極材料の理論容量とセルの端子電圧
    • 2.2.1.6 黒鉛系と難黒鉛化系の放電電圧
    • 2.2.1.7 炭素系負極の容量と電位
    • 2.2.1.8 実用・炭素系負極材の特性
    • 2.2.1.9 負極材料の形状
    • 2.2.1.10 天然黒鉛の原料 (精製原料の塗工前) と電極板表面
    • 2.2.2 不可逆容量
    • 2.2.2.1 炭素系負極の不可逆容量
    • 2.2.2.2 ハードカーボン呉羽PICのLiの化学
    • 2.2.2.3 炭素の不可逆容量
    • 2.2.2.4 炭素材料と不可逆容量
    • 2.2.2.5 新規髙容量Si系負極の不可逆容量
    • 2.2.3 LTOと負極電位
    • 2.2.3.1 LTO負極セルの反応
    • 2.2.3.2 LMO正極/LTO負極セルの充放電過程
    • 2.2.3.3 カーボン・コーティングLTOの容量とレート特性
    • 2.2.3.4 LTO負極セルのサイクル特性
    • 2.2.3.5 各社のLTO負極セルの特性
    • 2.2.3.6 三菱iMiEVに採用されているLTO負極電池
    • 2.2.4 高容量負極材
    • 2.2.4.1 各種負極材の比容量 (理論値)
    • 2.2.4.2 100Whセル (正極+負極) 重量
    • 2.2.4.3 100Whセル (正極+負極) 体積
    • 2.2.4.4 負極材の特性と電極バインダー
    • 2.2.4.5 新規な負極とバインダー
    • 2.2.4.6 負極材の膨張率とバインダーの関係
    • 2.2.5 カーボンブラック
    • 2.2.5.1 導電剤の機能と配合
    • 2.2.5.2 導電性カーボンのSEM
    • 2.2.5.3 比表面積の高い炭素物質
    • 2.2.5.4 導電剤の選択と混合例
    • 2.2.5.5 黒鉛とカーボンブラックの電気化学的安定性
    • 2.2.6 気相成長炭素繊維 (VGCF)
    • 2.2.6.1 VGCFの特性
    • 2.2.6.2 導電剤の選択と混合
    • 2.2.6.3 VGCF (気相成長炭素繊維) の分散
  • 2.3 電解液と電解質
    • 2.3.1 電解液の組成とイオン伝導性
    • 2.3.1.1 イオン伝導と電気 (子) 伝導
    • 2.3.1.2 水系VS.非水電解液電池の電気化学
    • 2.3.1.3 汎用電解液
    • 2.3.1.4 電解液と電解質の一般特性
    • 2.3.1.5 ECを主成分とする電解液組成とイオン伝導度
    • 2.3.1.6 汎用有機電解液のイオン伝導度と温度変化
    • 2.3.2 ポリマー電解液
    • 2.3.2.1 電解液 (質) 系によるリチウムイオンの分類
    • 2.3.2.2 PVDFゲル電解液系のイオン伝導度
    • 2.3.2.3 ポリマー (ゲル) セルの高電圧充電効果
    • 2.3.2.4 ポリマーゲルによる内部短絡回避
    • 2.3.2.5 ポリマー (ゲル) 電解液のモルフォロジー
    • 2.3.3 電解液の耐電圧、可燃性と安全性
    • 2.3.3.1 リチウムイオン・セルの正常動作領域
    • 2.3.3.2 電解質中の電位分布
    • 2.3.3.3 リチウムイオン電池 (セル) の電極電位
    • 2.3.3.4 有機電解液の電気分解領域
    • 2.3.3.5 有機電解液のHOMO、LUMO Ev
    • 2.3.3.6 F-GBLの特性
    • 2.3.3.7 有機電解液の引火点と消防法規制
    • 2.3.3.8 第四類引火性液体 (消防法) の指定数量
    • 2.3.3.9 大型の20Ahセルの消防法該当電解液量
    • 2.3.3.10 電解液の安全性データ
    • 2.3.4 電解質と安定剤
    • 2.3.4.1 電解質 (Li塩) の特性
    • 2.3.4.2 各種電解質の特性
    • 2.3.4.3 主なLi電解質の分子量と組成
    • 2.3.4.4 LiBOB添加によるMnの溶出抑制効果
    • 2.3.4.5 電解液への添加剤関係の開発動向を
    • 2.3.4.6 電解液系への添加剤 化合物>作用機序>効果発現
    • 2.3.4.7 添加剤の実用化 (1)
    • 2.3.4.8 添加剤の実用化 (2)
  • 2.4 集電箔
    • 2.4.1 集電箔の電気化学
    • 2.4.1.1 アルミニウム (正極) 集電箔の電気化学的な特性
    • 2.4.1.2 銅 (負極) 集電箔の電気化学的な特性
    • 2.4.1.3 極板の欠陥と不良例
    • 2.4.1.4 過放電によるセルのガス膨張と電極板の崩壊
    • 2.4.1.5 銅箔とアルミ箔の選択
    • 2.4.1.6 集電箔の厚さと目付量
    • 2.4.2 正極集電箔
    • 2.4.2.1 集電箔と正負極剤の問題点
    • 2.4.2.2 負極 (銅) 集電箔の機能と求められる特性
    • 2.4.2.3 高機能アルミ箔開発動向
    • 2.4.2.4 高機能アルミ箔
    • 2.4.2.5 表面処理アルミ箔の効果
    • 2.4.2.6 カーボンコーティングアルミ箔
    • 2.4.3 負極集電箔
    • 2.4.3.1 1Ahセルの標準的なエネルギー設計
    • 2.4.3.2 負極 (銅) 集電箔の機能と求められる特性
    • 2.4.3.3 集電銅箔の種類と代表特性
    • 2.4.3.4 集電用銅箔の特性 (7μm基準)
    • 2.4.3.5 開孔 (メッシュ) 箔の表面積 (8μm箔)
  • 2.5 セパレータ
    • 2.5.1 汎用セパレータ
    • 2.5.1.1 樹脂セパレータの製法
    • 2.5.1.2 各種セパレータの特徴
    • 2.5.1.3 セパレータの諸元
    • 2.5.1.4 セパレータの選定ステップ
    • 2.5.1.5 リチウムイオン電池の温度領域と問題点
    • 2.5.2 耐熱性セパレータ
    • 2.5.2.1 セパレータのシャットダウン特性
    • 2.5.2.2 セパレータの機能と温度
    • 2.5.2.3 内部短絡を回避 (1)
    • 2.5.2.4 内部短絡の回避 (2)
    • 2.5.2.5 新しい機能性セパレータ
  • 2.6 バインダー
    • 2.6.1 バインダーの機能
    • 2.6.1.1 バインダーによる活物質の接着・結着状態
    • 2.6.1.2 各種バインダーポリマーの構造と配合
    • 2.6.1.3 ポリマーのTgとTm
    • 2.6.1.4 導電助剤とバインダー
    • 2.6.1.5 バインダーに対する物理・化学的な作用
    • 2.6.2 PVDF
    • 2.6.2.1 PVDFバインダーのホモポリマーとコポリマー
    • 2.6.2.2 PVDFの酸化と還元耐性
    • 2.6.2.3 バインダーポリマーの融点
    • 2.6.2.4 高重合度のPVDFのNMP溶液の結晶化
    • 2.6.2.5 PVDFの溶媒と電解液に対する溶解性と膨潤度
    • 2.6.2.6 PVDFの重合度とバインダー溶液
    • 2.6.2.7 バインダーの樹脂濃度と粘度
    • 2.6.2.8 高分子量タイプPVDFバインダー
    • 2.6.2.9 ポリマーの酸素指数
    • 2.6.2.10 リチウムイオン・セルの難燃化
    • 2.6.3 SBRラテックス
    • 2.6.3.1 SBR共重合体の構造および添加成分
    • 2.6.3.2 新規バインダー
    • 2.6.3.3 新規負極バインダー1
    • 2.6.3.4 新規負極バインダー2
    • 2.6.4 新規なバインダー
    • 2.6.4.1 負極材の膨張率とバインダー
    • 2.6.4.2 ポリイミド、ポリアミド・イミド系バインダー
    • 2.6.4.3 PAIポリアミドイミド、PIポリイミドの高分子化反応
    • 2.6.4.4 バインダーポリマーの耐熱性アップ
    • 2.6.4.5 究極はバインダーは要らない!
  • 2.7 外装材
    • 2.7.1.1 セルの外装材と電極構造
    • 2.7.1.2 円筒リチウムイオン電池の事故例
    • 2.7.1.3 ラミネートセル用アルミ芯包材の構成
    • 2.7.1.4 ラミネート包材の“ストレスクラック”
    • 2.7.1.5 ラミネート外装材の新たな展開 (1)
    • 2.7.1.6 ラミネート外装材の新たな展開 (2)
  • 2.8 関連資料
    • 2.8.1 mAh計算
    • 2.8.2 mWh計算
    • 2.8.3 正極、負極の電位と電解液の電位窓

第3章 設計・製造工程と機器

  • 3.1 セルの基本設計
    • 3.1.1 容量設計と負極/正極比
    • 3.1.1.1 セルの設計例 (ステップ1)
    • 3.1.1.2 セルの設計例 (ステップ2)
    • 3.1.1.3 実用リチウムイオンセルの設計事例
    • 3.1.1.4 実用セルの設計と制約
    • 3.1.1.5 正極と負極、 容量のバランス
    • 3.1.2 電極板の目付量
    • 3.1.2.1 実用セルの設計と制約
    • 3.1.2.2 電極板の目付量の設定プロセス
    • 3.1.2.3 円筒型セルのコバルト系正極電極面積
    • 3.1.2.4 円筒型セル (18φと26φ) の電極面積と目付量
    • 3.1.2.5 ラミネート型セルのマンガン系正極電極面積
    • 3.1.2.6 ラミネート型セルの電極面積 (マンガン系正極)
    • 3.1.2.7 Wh当たりの電極面積と活物質容量
    • 3.1.2.8 電極板塗工の速度と目付量モデル
    • 3.1.3 ラボスケールの実験
    • 3.1.3.1 ラボスケール電極塗布・乾燥装置
    • 3.1.3.2 セルのサイズと評価事項
    • 3.1.3.3 ラミネート型の評価用セルと製品セル
  • 3.2 製造アイテムと工程の流れ
    • 3.2.1 全行程の概要
    • 3.2.1.1 リチウムイオン電池の製造全工程
    • 3.2.1.2 電池製造のスケールアップ
    • 3.2.1.3 製造工程・製造設備・付帯設備
    • 3.2.1.4 製造の付帯設備と機器と設備金額
    • 3.2.2 原材料の投入ステップ
    • 3.2.2.1 全工程の原料、 部材と製造装置の関係
    • 3.2.3 工程不良と対策
    • 3.2.3.1 製造工程の不良と安全性リスク
    • 3.2.4 工程の区分と合理化
    • 3.2.4.1 操業のパターンと人員配置
    • 3.2.4.2 工程区分の取り方
    • 3.2.4.3 製造設備と工程費 (大型セルの製造)
    • 3.2.4.4 リチウムイオン電池生産の分業
  • 3.3 工程機器と付帯設備
    • 3.3.1 工程と製造装置類
    • 3.3.1.1 原材料、製造工程と環境 (1)
    • 3.3.1.2 原材料、製造工程と環境 (2)
    • 3.3.1.3 製造設備の関連企業 (1)
    • 3.3.1.4 製造設備の関連企業 (2)
    • 3.3.1.5 後工程の製造設備の関連企業 (3)
    • 3.3.1.6 組立・充電工程の製造設備の関連企業 (4)
    • 3.3.1.7 汎用機転用から専用機設計へ
    • 3.3.2 塗工機と方式
    • 3.3.2.1 電極板の塗工方式と装置
    • 3.3.2.2 区分塗工用コーティング装置
    • 3.3.2.3 ヒラノテクシード 株式会社 のコンマコーター®
    • 3.3.2.4 電極板の塗工方式 (1)
    • 3.3.2.5 電極板の塗工方式 (2)
    • 3.3.3 付帯設備類
    • 3.3.3.1 付帯設備類 (1)
    • 3.3.3.2 付帯設備類 (2)
    • 3.3.3.3 電解液 (組成) の火災時の措置
  • 3.4 化学物質規制と電池の3R課題
    • 3.4.1 化学物質の法規制
    • 3.4.1.1 リチウムイオン電池の化学物質と法規制
    • 3.4.1.2 電池製造の化学物質の安全と法規制
    • 3.4.1.3 化学物質の諸規制 (海外) と電池
    • 3.4.1.4 REACHにおける対象物
    • 3.4.2 回収、リサイクルと廃棄
    • 3.4.2.1 資源・環境関係法の相互関係と機能
    • 3.4.2.2 二次電池の3Rと関連事項
    • 3.4.2.3 廃電池とバーゼル法の規定

第4章 電池製造 (前・中工程)

  • 4.1 前工程 (粉体配合とスラリー調整)
    • 4.1.1 正負極の配合
    • 4.1.1.1 正極活物質の構造と電子伝導性
    • 4.1.1.2 電極板の製造、粉体加工とスラリー化
    • 4.1.1.3 正負極材の真比重、T比重、P比重、空隙率
    • 4.1.1.4 粉体の帯電列と界面電位
    • 4.1.1.5 材料の混合、混練と粉砕
    • 4.1.2 導電材の配合とMC処理
    • 4.1.2.1 正極における導電剤の添加効果
    • 4.1.2.2 導電剤の配合パラメーターPXの設定事例
    • 4.1.2.3 粒子の複合化>均一分散、 導電アップ
    • 4.1.2.4 カーボンブラック親油性と親水性
    • 4.1.2.5 導電剤の選択と混合例 (2)
    • 4.1.2.6 材料の混合・混練と物質の特性
    • 4.1.2.7 混練工程の機器
    • 4.1.2.8 正負極材の混合、分散
    • 4.1.2.9 粉体の混合・加工
    • 4.1.2.10 活物質のメカノケミカルMC処理 特許公開例
    • 4.1.2.11 ラボスケールの電極スラリーの調整
    • 4.1.2.12 実験室での活物質の簡易な混練方法
    • 4.1.2.13 赤外線ランプ照射
    • 4.1.3 塗工スラリーの調整
    • 4.1.3.1 正極と負極の粉体加工とスラリー調整
    • 4.1.3.2 塗工スラリーの粘度と固形分モデル
    • 4.1.3.3 電極材料の混合・分散 (1.有機溶剤系)
    • 4.1.3.4 電極材料の混合・分散 (2.水媒体系)
    • 4.1.3.5 活物質の水による溶出と吸水率
    • 4.1.3.6 正負極材のpH値
    • 4.1.3.7 正極の水系塗工スラリーのpH
    • 4.1.3.8 NMC多元系正極材の特性
    • 4.1.3.9 SBR共重合ポリマーの構造および添加成分
    • 4.1.3.10 炭素系負極の水系塗工スラリー調製
    • 4.1.3.11 炭素系負極の水系における濡性と流動性
    • 4.1.3.12 バインダーの選択 (小型と中大型セル)
    • 4.1.3.13 炭素系負極極板の水系塗工と評価
    • 4.1.3.14 塗工スラリーの製造の公開特許図
    • 4.1.3.15 塗工正極の加工
    • 4.1.4 塗工媒体の問題
    • 4.1.4.1 バインダーポリマーと媒体 (1)
    • 4.1.4.2 バインダーポリマーと媒体 (2) 、コスト
    • 4.1.5 導電性異物と対策
    • 4.1.5.1 鉄錆の発生メカニズム
    • 4.1.5.2 酸化鉄粒子のモルフォロジー
    • 4.1.5.3 酸化鉄粒子の導電化と内部短絡発現モデル
    • 4.1.5.4 バインダーによる導電性異物の固定と反応封鎖
    • 4.1.5.5 過放電による負極極板Cuの剥離
    • 4.1.5.6 過放電による正極材の状態変化
    • 4.1.5.7 セルの内部短絡防止対策
  • 4.2 中工程 (塗工・乾燥と電極板評価)
    • 4.2.1 電極板の塗工・乾燥
    • 4.2.1.1 製造設備と工程費
    • 4.2.1.2 極板の塗工パターン (正負、両面)
    • 4.2.1.3 電極の塗工パターン
    • 4.2.1.4 負極電極板の塗工後検査
    • 4.2.1.5 電極の塗工後の長尺電極シート
    • 4.2.1.6 スリット・ダイによる間欠塗工システム
    • 4.2.1.7 区分塗工用コーティング機
    • 4.2.1.8 電極塗工スラリーの構造粘性
    • 4.2.1.9 極板の乾燥過程
    • 4.2.1.10 (PVDF+黒鉛) NMPの乾燥プロセス
    • 4.2.1.11 塗工>乾燥ステップ
    • 4.2.1.12 塗工>乾燥ステッ
    • 4.2.1.13 PVDFの結晶化温度と冷却速度の関係
    • 4.2.1.14 製膜温度とPVDFの膨潤率および有機酸の添加効果
    • 4.2.2 塗工速度と効率
    • 4.2.2.1 電極塗工媒体の蒸気圧
    • 4.2.2.2 塗工・乾燥の速度モデル
    • 4.2.2.3 電極板塗工の速度因子
    • 4.2.2.4 電極板塗工の速度と目付量モデル
    • 4.2.2.5 電極板の塗工>乾燥における相対効率モデル
    • 4.2.2,6 電極板の塗工>乾燥
    • 4.2.3 電極板の欠陥
    • 4.2.3.1 塗工層における臨界顔料体積濃度の保持
    • 4.2.3.2 電極板のクラックと膨れ
    • 4.2.3.3 電極板を構成する材料の熱膨張
    • 4.2.3.4 電極板の塗工欠陥
    • 4.2.3.5 電極板 (負極) の電解液への浸漬試験
    • 4.2.4 電極板の二次加工
    • 4.2.4.1 電極板乾燥装置
    • 4.2.4.2 電極板のプレス (連続プレス機)
    • 4.2.4.3 カレンダーロールの事例
    • 4.2.4.4 電極表面SEM
    • 4.2.4.5 電極板の密度とプレス効果 (1)
    • 4.2.4.6 電極板の密度とプレス効果 (2)
    • 4.2.4.7 スリッターの装置例
    • 4.2.5 電極板の評価 (1)
    • 4.2.5.1 LNMO三元系電極の表面状態
    • 4.2.5.2 ラミネートセルMn系正極の表面状態
    • 4.2.5.3 極板接着評価方法
    • 4.2.6 電極板の評価 (2)
    • 4.2.6.1 電極板の評価 (セルの放電容量の変化)
    • 4.2.6.2 電極板の評価 (1)
    • 4.2.6.3 電極板の評価 (2)
    • 4.2.6.4 良い極板とは
  • 4.3 正負極材の浸水による変化
    • 4.3.1 リチウムイオンの溶出
    • 4.3.1.1 正極・負極の水系溶出成分ICP分析 (1)
    • 4.3.1.2 正極・負極の水系溶出成分ICP分析 (2)
    • 4.3.2 浸水とX線回析パラメーター
    • 4.3.2.1 浸水処理による活物質のXRDパラメーターの変化

第5章 電池製造 (後工程)

  • 5.1 後工程 (電解液充填、初充電と検査)
    • 5.1.1 セル組立と乾燥
    • 5.1.1.1 リチウムイオン電池製造装置
    • 5.1.1.2 ラミネート型セルの自動組立機
    • 5.1.1.3 電極板とセパレータの位置関係
    • 5.1.1.4 セルの乾燥条件と初充電におけるガス発生
    • 5.1.2 外装封止と端子付け
    • 5.1.2.1 集電箔の収束 (超音波溶着)
    • 5.1.2.2 集電箔の超音波溶接 (溶/熔着)
    • 5.1.2.3 大形ラミネートセルの超音波熔着したタブ端子
    • 5.1.2.4 真空シーラーと電解液充填機
    • 5.1.2.5 ラミネート包材のストレスクラック
    • 5.1.2.6 ラミネート包材における“タブ”の封止
    • 5.1.2.7 シーラントタブ封止部の、引張り強度スライド
    • 5.1.2.8 シーラントタブ封止部引張り強度
    • 5.1.2.9 シーラントタブ封止部引張り強度の測定例
    • 5.1.2.10 ラミネート型セルのガス膨張
    • 5.1.3 電解液注入
    • 5.1.3.1 セルへの電解液の侵入方向
    • 5.1.3.2 セパレータへの電解液の浸透
    • 5.1.3.3 非充放電電極面における異常
    • 5.1.4 初充電操作とSEI形成
    • 5.1.4.1 反応電極電位
    • 5.1.4.2 初充電操作と脱ガス、SEI形成
    • 5.1.4.3 電解液への添加剤 (化合物と作用機序)
    • 5.1.4.4 フッ化ECの作用機序
    • 5.1.4.5 ビニレンカーボネート (VC) の効果とSEIライド
    • 5.1.4.6 初充電および検査項目と設定事例
    • 5.1.4.7 初充 (放) 電の条件と測定項目 (1)
    • 5.1.4.8 初充 (放) 電の条件と測定項目 (2)
    • 5.1.4.9 初充 (放) 電の条件と測定項目 (3)
    • 5.1.5 自己放電と内部抵抗
    • 5.1.5.1 自己放電率とAC抵抗、DC抵抗
    • 5.1.5.2 セルの劣化と交流抵抗ACRの変化
    • 5.1.5.3 セルの内部抵抗
  • 5.2 品質管理と保証
    • 5.2.1 仕様書と取扱説明書
    • 5.2.1.1 (単) 電池仕様書の項目例
    • 5.2.1.2 取扱説明書の特性値の英文、和文の表現
    • 5.2.1.3 JISC8715-2の附属書 (A) の安全領域
    • 5.2.1.4 (小型) 二次電池の表示 (マーキング)
    • 5.2.2 MSDSと輸出関係書類
    • 5.2.2.1 リチウムイオン電池 (セル) の輸出手順
    • 5.2.2.2 リチウムイオン電池のMSDS事例
    • 5.2.2.3 輸送時の添付資料の事例
    • 3.2.2.4 危険物申請書
    • 5.2.3 技術情報の提供と試験
    • 5.2.3.1 JISの機能安全性試験
    • 5.2.3.2 リチウムイオン電池、メーカーとユーザーの情報共有
    • 5.2.3.3 製品開発と製造における規格要求事項の流れ (1)
    • 5.2.3.4 製品開発と製造における規格要求事項の流れ (2)
  • 5.3 関係資料
    • 5.3.1 保存劣化と対策
    • 5.3.1.1 セルの保存劣化とSOCの影響
    • 5.3.1.2 VDAの試験方法によるサイクルライフ
    • 5.3.1.3 セルの寿命予測
    • 5.3.1.4 セルの保存条件 (温度) と特性の劣化
    • 5.3.2 セルの特性のバラツキ
    • 5.3.2.1 三直列定電流充電
    • 5.3.2.2 並列定電圧充電
    • 5.3.2.3 過充電セルの体積膨張率
    • 5.3.2.4 セル>パック>モジュールの構成
    • 5.3.2.5 大容量のユニットのBMS

第6章 電池のコスト

  • 6.1 工場原価試算 (原材料費、設備償却と労務費)
    • 6.1.1 原材料 (使用量とコスト事例)
    • 6.1.1.1 EV用量産セルのコスト計算の手順 (1)
    • 6.1.1.2 セルの重量と体積構成
    • 6.1.1.3 原材料のコスト
    • 6.1.1.4 正極材、単価と性能
    • 6.1.2 固定費と比例費
    • 6.1.2.1 量産セルのコスト計算の手順 (2)
    • 6.1.2.2 100万セル/年の製造設備
    • 6.1.2.3 設備 (新設) 金額の試算 (1)
    • 6.1.2.4 設備 (新設) 金額の試算 (2)
    • 6.1.2.5 付帯設備を増強した金額 (新設) の試算 (3)
    • 6.1.2.6 EV・HEV用の電池工場 設備投資金額
    • 6.1.2.7 100万セル/年の製造コストの合計
    • 6.1.3 工場原価と利益率ROI、粗利益
    • 6.1.3.1 設備投資額を変えた場合のセルの製造コス ト
    • 6.1.3.2 電池の工場原価
    • 6.1.3.3 100万セル/年生産の利益率
    • 6.1.3.4 Ahセルの価格モデル
    • 6.1.4 コストダウンのシミュレーション (/kWh)
    • 6.1.4.1 原材料のコストダウンとセルの製造コスト
    • 6.1.4.2 コストダウン、原材料>設計>製造>販売
    • 6.1.5 究極のコストダウン、硫黄と鉛
    • 6.1.5.1 究極のコストダウン・正極材のコスト試算 (A)
    • 6.1.5.2 正極材のコスト試算、5V系と硫黄系 (1)
    • 6.1.5.3 正極材のコスト試算、5V系と硫黄系 (2)
    • 6.1.5.4 正極材のコスト試算 (a) 理路容量ベース
    • 6.1.5.5 正極材のコスト試算、5V系と硫黄系 (b、Ah)
    • 6.1.5.6 正極材のコスト試算 5V系と硫黄系 (C.Ah、Wh)
  • 6.2 コストダウンと方策
    • 6.2.1 製造工程上のネック
    • 6.2.1.1 リチウムイオン電池の材料>製造>運用
    • 6.2.2 ネック解消の方策
    • 6.2.2.1 電極板製造の集約化
    • 6.2.3 機能のハイブリッド化
    • 6.2.3.1 ポリマー系材料のハイブリッド化
    • 6.2.3.2 PVDFのハイブリッド化材料
    • 6.2.3.3 ポリマー/イオン性液体/電解液 (質) の相溶性を活かしたハイブリッド化
    • 6.2.3.4 ポリマーゲルをセパレータとした例
    • 6.2.3.5 ロールtoロール連続プロセス
    • 6.2.3.6 ポリマー状電解液のセルへの導入
    • 6.2.4 双極子セル
    • 6.2.4.1 双極子型リチウムイオン電池
    • 6.2.4.2 双極子型リチウムイオン・セル
  • 6.3 製造コスト関連資料
    • 6.3.1 コストの算定基礎 (計算の過程)
    • 6.3.1.1 原材料の工程ロス設定
    • 6.3.1.2 セルの材料コスト構成 (1) エネルギー設計
    • 6.3.1.3 セルの材料コスト構成 (2) パワー設計
    • 6.3.2 試算のスケールと EV相当台数
    • 6.3.2.1 試算のスケールと自動車相当台数
    • 6.3.2.2 電動自動車の電池 (2)

第7章 ポストリチウムイオン電池

  • 7.1 ニーズとシーズ
    • 7.1.1 リチウムイオン電池、ニーズとシーズ
    • 7.1.2 蓄電デバイス相互の比較
    • 7.1.3 リチウムイオン電池の変遷 (1)
    • 7.1.4 リチウムイオン電池の変遷 (2)
    • 7.1.5 ポリマーゲル二次電池の応用 文献資料
  • 7.2 ポストリチウムイオン電池
    • 7.2.1 発電 (一次電池) と蓄電 (二次電池) としてのデバイスのマップ
    • 7.2.2 メタル/空気系セルの理論容量
    • 7.2.3 ポストリチウムイオン電池、セルの実用化

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体裁・ページ数

A4判 並製本 556ページ

ISBNコード

ISBN978-4-904482-31-5

発行年月

2016年8月

販売元

tech-seminar.jp

価格

120,000円 (税別) / 129,600円 (税込)

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