リチウムイオン電池の製造プロセス & コスト総合技術2022

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生産2022
  • A. グローバルな電池製造の状況と動向
  • B. 自動車メーカーの電池内製化
• 1.2 セルの構造と容量特性
  • A. リチウムイオン電池の特徴と電極面積
  • B. 単電池 (セル) から組電池 (モジュール) とシステムへ
  • C. 電極端子と外装材 (内部の構造)
  • D. セルの外装型式の実例 (角槽、円筒、平板 (ラミネート) )
  • E. セルの構造と熱伝導 (放熱)
  • F. 電池特性の進歩、2011年〜2021年
• 1.3 エネルギー、パワーとサイクル特性
  • A. 電池への充電と放電
  • B. エネルギー (充放電容量)
  • C. パワー (入出力特性)
  • D. サイクル特性と延長
  • E. EV用電池のサイクル寿命評価
• 1.4 電池の製品規格と認証システム (安全性試験以外)
  • A. リチウムイオン電池の工業規格 (安全性を除く)
  • B. 測定規格と項目
  • C. 認証システム
• 1.5 安全性規格と試験方法
  • A. JISの概要と現状
  • B. 安全性に関するJISの要求事項
  • C. ULの安全性試験
  • D. UNの輸送基準勧告、国際輸送と関連事項
  • E. 用途分野別の安全性試験規格
• 1.6 二次電池エンジニアリング
  • A. 発電と蓄電
  • B. 電気化学の理論と工学
  • C. 材料、製造と周辺のエンジニアリング
  • D. 電池性能の目標

第2章 電池材料・部材と性能レベル

• 2.1 正極材
  • A. リチウムイオン電池における正極材の役割
  • B. 鉄リン酸リチウムLFPの特性と展開
  • C. 正極材の高容量化
  • D. 正極材の粒子形状 (モルフォロジー) と電極板
  • E. 正・負極の電位とセルの放電容量
• 2.2 負極材と導電材
  • A. 炭素系負極材 (1) 容量と電位
  • B. 炭素系負極材 (2) 粒子形状
  • C. 不可逆容量
  • D. LTO負極の電位と特徴
  • E. 高容量負極材
  • F. 導電材 (1) カーボンブラック
  • G. 導電材 (2) VGCF
• 2.3 電解溶液と電解質
  • A. 電解液
  • B. 電解質
  • C. 電解液の耐電圧
  • D. 可燃性と安全性
  • E. ポリマー (ゲル) 電解液
  • F. 電解液への添加剤
  • G. まとめ 電解液のメリット
• 2.4 集電箔と電極端子
  • A. 集電箔の機能と電気化学
  • B. 正極 (アルミ) 集電箔と特性改良
  • C. 負極 (銅) 集電箔と問題点
• 2.5 セパレータ
  • A. 汎用セパレータ
  • B. 耐熱性セパレータ
  • C. 機能性セパレータ
• 2.6 バインダー
  • A. バインダーの特性と機能
  • B. PVDF溶剤系
  • C. SBRラテックスと新規開発系
  • D. 非炭素系負極材のバインダー
  • E. バインダーレスへの展開
• 2.7 電池の外装材
  • A. 概論とラミネート包材
  • B. 金属函体 (円筒と角槽)
  • C. EV用電池の外装
  • D. 新たな外装材と機能
• 2.8 双極子 (バイポーラー) 電池
  • A. 電極構造と電極端子
  • B. 製品事例 (水系と有機系)
  • C. 特許公開からみた双極子電池

第3章 設計・製造工程と機器

• 3.1 セルの基本設計と電極板のパラメーター
  • A. セル設計のステップ
  • B. 正・負極の役割と A/C 比の設定
  • C. 電極面積と電極板の目付量 (1) *
  • D. 電極面積と電極板の目付量 (2)
  • E. セル設計と安全性の確認
  • F. セル設計とラボスケールにおける確認
• 3.2 製造アイテムと全工程の流れ
  • A. 全製造工程と原料・部材
  • B. 製造設備、付帯設備と問題点
  • C. 工程の合理化とスケールアップ
• 3.3 工程機器と付帯設備
  • A. 塗工機 (コーター) と塗工方式
  • B. 製造工程の環境と原材料の搬入
  • C. 製造設備の関連企業 (国内)
  • D. 製造の付帯設備と防災
• 3.4 化学物質規制と電池のリサイクル
  • A. 国内外の化学物質規制とリチウムイオン電池
  • B. 有害危険物質への注意
  • C. 消防法における電解液の扱い
  • D. 電池のリサイクルと関連法
  • E. 廃電池の移送と国内外の規制

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製)
  • A. 正・負極材の配合
  • B. 導電剤の配合とメカノケミカル処理
  • C. 塗工スラリーの調製
  • D. 塗工媒体の問題
  • E. 導電性異物と対策
• 4.2 中工程 (塗工・乾燥と電極板評価)
  • A. 電極板の塗工・乾燥
  • B. 塗工速度と効率
  • C. 電極板の欠陥
  • D. 電極板の二次加工
  • E. 電極板の評価 (1)
  • F. 電極板の評価 (2)
  • G. 正負極材の浸水による変化

第5章 電池製造 (後工程)

• 5.1 電池製造 (電解液充填、初充電と検査)
  • A. 工程機器類
  • B. 集電箔の収束と端子付け
  • C. タブ端子部の封止
  • D. 電解液注入と初充電 (1)
  • E. 初充電 (2)
• 5.2 関係資料 (製品管理と特性変動)
  • A. 電池の保存劣化と寿命予測
  • B. 不均等充電とBMS (充放電制御)

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)
  • A. コスト試算の手順
  • B. 設備金額の試算と比較
  • C. 工場原価と利益率 (ROI*)
  • D. 原材料コストと電池のコストレベル
• 6.2 コストダウンと方策
  • A. 電池生産のコスト試算
  • B. 電池単価の統計データ
  • C. 正極材のコスト
  • D. 総合的なコスト対策
• 6.3 セル設計と原材料コスト (液系と固体系)
  • A. 電池の原料、部材の構成 (重量、体積)
  • B. EV用電池における正極材の選定と動向
  • C. 電池GWhあたりの原料、部材の所要量
  • D. 諸単位の換算と表示方法
  • E. 全固体電池の原材料コスト (液系との比較)

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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2022

第7章 全固体電池など次世代電池の開発

• 7.1 全固体リチウムイオン電池の構成
  • 7.1.1 液系電解液 (質) から全固体電解質
  • 7.1.2 固体粒子間のLi+移動、模式図
  • 7.1.3 固体粒子間の接触界面、模式図
• 7.2 固体電解質の種類と特性値
  • 7.2.1 固体電解質と比較物質の特性
  • 7.2.2 電解質のイオン伝導度 (デバイス値)
  • 7.2.3 固体電解質のサプライ、日本
• 7.3 EVなど自動車用の全固体電池の開発
  • 7.3.1 NEDOの全固体電池ロードマップ
  • 7.3.2 トヨタ自動車 株式会社 の全固体電池への取り組み2017年〜2018年
  • 7.3.3 自動車用全固体電池、開発情報～2021/1Q
  • 7.3.4 自動車用全固体電池、開発情報 (2) 発売時期一覧
• 7.4 昇温域における全固体電池の可能性
  • 7.4.1 熱制御型PHV/HV全固体電池システム
  • 7.4.2 ダイムラーHVの電池配置と冷却方法 (2005)
  • 7.4.3 電解質のイオン伝導度 (理化学値)
  • 7.4.4 電解質のイオン伝導度 (デバイス値) 、LLZ固体電解質
  • 7.4.5 固体電解質の温度と電池の機能モデル
• 7.5 EV用全固体電池のシナリオ
  • 7.5.1 EV用リチウムイオン電池、シナリオ#1
  • 7.5.2 EV用リチウムイオン電池、シナリオ#2
  • 7.5.3 EV用リチウムイオン電池、シナリオ#3
• 7.6 パラダイムシフト、電解液系から固体電解質系へ
  • 7.6.1 全固体リチウムイオン・セルへの期待
  • 7.6.2 パラダイムシフト 電解液系から固体電解質へ

第8章 正極材の高性能化と選択

• A. 正極材の現状、EVを中心とした選択
  • 8.1 製品電池の正極材と比容量2016年〜2017年
  • 8.2 EV用電池の正極材の実用例
  • 8.3 日産自動車のEV電池技術
  • 8.4 ニッケル、コバルト系正極材のコストと性能
• B. 正極材の理論容量と実用容量
  • 8.5 正極材の遷移元素
  • 8.6 正極材の容量とセルの比容量モデル
  • 8.7 正極材の理論容量 (Fafaday則) とパラメーター
  • 8.8 単元 LFPLi FePO4
  • 8.9 単元 LCO LiCoO2
  • 8.10 単元 LNO LiNiO2
  • 8.11 単元 LNO LiNiO2 (2)
  • 8.12 単元 スピネル結晶 s-LMO LiMn2O4
• C. 製品正極材の定格電圧と放電容量
  • 8.13 EV電池用正極材の比較と選定
  • 8.14 電池メーカーでの正極材評価
  • 8.15 (参考) 正極材製品の放電容量 (1)
  • 8.16 (参考資料) 正極材製品の放電容量 (2)
  • 8.17 製品正極材の放電容量 (3) 20Ahセル
• D. 二元系と三元系の化学組成と位置付け (Ah、Wh)
  • 8.18 NCA 二元系の組成とmAh/g容量 (データ)
  • 8.19 NMC 三元系正極材の元素組成と表記
  • 8.20 NMC 三元系正極材の位置付、AhとWh
  • 8.21 NMC Li (Ni1/3Mn1/3Co1/3) O2 (1)
  • 8.22 NMC Li (Ni1/3Mn1/3Co1/3) O2 (2)
• E. 工業製品の特性事例 2021
  • 8.23 二元系正極材製品の特性事例
  • 8.24 三元系正極材製品の特性事例

第9章 負極材の高性能化と選択

• A. 炭素・黒鉛系負極材の特性と比容量
  • 9.1 炭素・黒鉛系負極材の特性 (数値は代表例)
  • 9.2 実用・リチウムイオン電池の負極材 (1)
  • 9.3 実用・リチウムイオン電池の負極材 (2)
  • 9.4 炭素..関連産業の原料シーケンス
  • 9.5 炭素、黒鉛系負極材の熱履歴と真比重
  • 9.6 炭素、黒鉛系負極材のメーカー
  • 9.7 負極材の資源、製造、コストと廃棄・回収
• B. 負極材の粒子形態 (モルフォロジー) と異方性
  • 9.8 ハードカーボンの「クラスター」
  • 9.9 実用・炭素系負極材の特性、粒径と比表面積
  • 9.10 炭素・黒鉛系負極材の異方性と特性
  • 9.11 負極材の選択とパワーVS.エネルギー特性
  • 9.12 負極材の選択とセルの安全性
  • 9.13 負極材の選択とパワーVS.エネルギー (データ)
• C. 高容量負極材 (1) 物理化学的特性
  • 9.14 各種負極材の理論容量
  • 9.15 元素の電気伝導度Ω・m
• D. 高容量負極材 (2) 充放電特性
  • 9.16 Si/SiO-C/G系負極材の開発グレードリスト2019
  • 9.17 高容量負極材の化学式と理論容量
  • 9.18 AUO社 Si-C Anode ANSY-060
  • 9.19 負電極層の放電容量mAh/cm3
  • 9.20 負電極層の放電容量mAh/cm3 (データ)
  • 9.21 SiO/Graphite mixture GSYuasa 2018
• E. 合金系負極材の諸問題 (1) 体積変化 再掲 第2章 図表2.3.33 リチウムイオン電池の構成と電解質溶液1.2Mの分布
  • 9.22 負極電極層の密度 (嵩比重) と空隙率
  • 9.23 合金系負極材の体積変化と比較 (比重)
  • 9.24 合金系負極材の体積変化と比較 (比体積)
• F. 合金系負極材の諸問題 (1) 実用容量の決定
  • 9.25 負極材の理論容量 (1) 、mAh/gとmAh/cm3
  • 9.26 負極材の理論容量 (2) 、Ah容量あたりのg数とcm3数
  • 9.27 理論容量の計算、/gと/cm3 (上) 、/Ah (下)
  • 9.28 合金系負極材のLi化ステップ
  • 9.29 合金系負極材のLi数と実用域
  • 9.30 負極材の電位変化vs.Li/Li+

第10章 セパレータ、バインダーと集電箔など部材の多様化

• A. 金属と樹脂材料
  • 10.1 金属・樹脂材料の供給SC (難易度)
  • 10.2 金属・樹脂材料の供給SC (一覧)
  • 10.3 金属・樹脂材料の供給SC、基盤の産業
• B. セパレータとバインダー
  • 10.4 セパレータとバインダーの増産計画、主要メーカー
  • 10.5 バインダーポリマーの増産計画、主要メーカー
  • 10.6 セパレータの種類と製法
  • 10.7 セパレータ面積の試算 EV100万台/年

第11章 電池の外装型式の多様化 (円筒、角槽と平板)

• A. 電極構造と外装形式の関係
  • 11.1 セルの構造と熱伝導 (放熱)
  • 11.2 電池 (セル) の外装型式と電極板製造
  • 11.3 大形リチウムイオン電池の外装型式と特性 (1)
  • 11.4 大形リチウムイオン電池の外装型式と特性 (2)
  • 11.5 EV用 (単) 電池の外装型式、多様性と選択
  • 11.6 EV用リチウムイオン電池の外装型式とメーカー
  • 11.7 円筒型電池のAh容量、体積V、表面積SとS/V
• B. EV用電池の外装形式と冷却システム
  • 11.8 日産自動車 LEAF 2019 電池構成
  • 11.9 日産自動車 LEAF 2019 EVシステム
  • 11.10 角槽型電池ユニットの間接水冷方式 (VW)
  • 11.11 TESL社 Model-S 85kWh

第12章 品質管理、保証と製品表示

• A. 電池の仕様書と定格 (電流A、電圧V) 値
  • 12.1 産業用リチウムイオン電池の表示、JIS C 8715-1 2012
  • 12.2 (単) 電池仕様書の項目例
  • 12.3 定格電圧 (10Ahセルの放電特性 0.2C～3.0C)
  • 12.4 安全領域 (充放電の電圧と電流の範囲)
  • 12.5 特性値などの英文、和文の表現
• B. 製造と販売における諸課題
  • 12.6 安全性確保の為の電池の購入方法
  • 12.7 製品開発と製造における規格要求事項の流れ (1)
  • 12.8 製品開発と製造における規格要求事項の流れ (2)
• C. 表示 (マーキング) とグローバル・スタンダード
  • 12.9 CEマーキング (EU地域向け輸出)
  • 12.10 EU電池指令の化学物質規制
  • 12.11 認証取得のアイコン (1) ULなどグローバル
  • 12.12 認証取得のアイコン (2) 国別のアイコン
  • 12.13 電池工業会のマーキングガイドライン
  • 12.14 (小型) 二次電池の表示 (マーキング)
  • 12.15 まとめ、リチウムイオン電池への表示
• D. 輸送と輸出に関する事項
  • 12.16 リチウムイオン電池の輸出手順
  • 12.17 リチウムイオン電池のMSDS事例
  • 12.18 輸送時の添付資料の事例
  • 12.19 危険物申請書 (JALカーゴ)

第13章 電池の原材料と部材のサプライチェーン

• A. EV用途を中心とする電池製造の背景、2022年〜2035年
  • 13.1 電池製造の背景、2022
  • 13.2 リチウムイオン電池の生産、ポジション
  • 13.3 電池生産スケールとコスト、生産性 (模式図)
  • 13.4 EV電池のサプライチェーンSC、日米中欧韓模式図
• B. 化学系材料のサプライチェーンSC
  • 13.5 化学系材料の供給SC (一覧)
  • 13.6 化学系材料の供給SC、基盤の産業
  • 13.7 化学系材料の供給SC (難易度)
  • 13.8 正極材の素原料Co Ni、鉱石>精錬>・・>合成
  • 13.9 ニッケル系正極材、同前駆体の製造計画 (1)
  • 13.10 ニッケル系正極材、同前駆体の製造計画 (2)
  • 13.11 NCA正極材の製造規模と電池換算GWh
• C. 廃電池のリサイクルと EU電池規制2021
  • 13.12 廃EV電池の発生ルートと諸課題
  • 13.13 EV等の廃電池の処理と資源リサイクル
  • 13.14 EU電池規制の概要 (1)
  • 13.15 EU電池規制の概要 (2)
  • 13.16 (引用) 電池サプライチェーン協議会の解説、EU電池規則
  • 13.17 まとめ SCトラブルへの対処方法
• D. 資料、元素資源の化学物質
  • 13.18 元素資源と素原料の重量比 (グラフ)
  • 13.19 元素資源と素原料の重量比 (データ)

第14章 (追補) コバルトフリー正極材の特性と選択

• A. LFPなどコバルトフリー正極材と電池コストダウンへの取組
  • 14.1 最近のコバルトフリー正極材の動向、2022/2Q
  • 14.2 中国におけるLFP正極材の生産、GGII
  • 14.3 正極材の選択、中国電動自動車 (1) 2019/4月
  • 14.4 正極材の選択と電極バインダーの選定
  • 14.5 バインダー用ポリマーラテックスの配合例
• B. LFP正極リチウムイオン電池の事例と特性
  • 14.6 LFP鉄リン酸リチウム正極 4Ahセル特性 25℃
  • 14.7 鉄リン酸リチウム正極セル (4Ah) 特性
  • 14.8 LFP正極のリチウムイオン電池、製品例
  • 14.9 BYD社のLFP正極材電池とバス
  • 14.10 エリーパワー 株式会社 の函体収納型LFP正極材電池
  • 14.11 SAFT社のVL25Fe Cell
• C. LFP、LMOなどコバルトフリー正極材の容量特性と課題
  • 14.12 コバルトフリー正極材の比較 (データ)
  • 14.13 コバルトフリー正極材の比較 (Ah)
  • 14.14 コバルトフリー正極材の比較 (Wh)
  • 14.15 s-LMOの充放電メカニズム (研究引用)
  • 14.16 TOF-SIMS法による負極表面の解析
  • 14.17 正極活物質の自己分解開始温度
• D. LFPの粒子モルフォロジーと物理特性
  • 14.18 LFP (リン酸鉄リチウム) の特性例、開発初期2008
  • 14.19 正極材の粒径と比表面積とモルフォロジー
  • 14.20 LFPのモルフォロジー
  • 14.21 正負極材の真比重、T比重、P比重、空隙率%@P
• E. LFPと電極板の電気伝導の問題と解決
  • 14.22 汎用正極材の電気伝導度
  • 14.23 LFP鉄リン酸リチウム正極の体積抵抗
  • 14.24 高機能アルミ箔 (表面処理アルミ箔)
  • 14.25 表面処理アルミ箔の効果
• F. まとめ
  • 14.26 特徴1 メリット
  • 14.27 特徴2 デメリット

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