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リチウムイオン電池の長期安定利用に向けたマネジメント技術

リチウムイオン電池の長期安定利用に向けたマネジメント技術

リチウムイオン電池の長期安定利用に向けたマネジメント技術の画像

目次

第1章 リチウムイオン電池の劣化現象、トラブルの発生メカニズムと蓄電池システムの安全に関する法令と産業標準

第1節 リチウムイオン電池の課題と熱暴走メカニズム
  • 1.リチウムイオン電池の一課題
  • 2.リチウムイオン電池の熱暴走メカニズムと安全機構
第2節 リチウムイオン電池の事故例から見える発火に至るメカニズムと対策
  • 1.リチウムイオン電池の構造と化学反応
  • 2.発火に至るメカニズム
  • 3.リチウムイオン電池使用時注意事項の基となる事故例と原因
    • 3.1 リコール品は使わない
    • 3.2 故障現象の兆候があるものは使わない
    • 3.3 制御回路で短絡させてはならない
    • 3.4 電池機械的破壊を避ける
    • 3.5 過充放電破壊を防ぐ
    • 3.6 高温使用による劣化 (セパレータ収縮) を防ぐ
    • 3.7 非純正品使用は使用しない
    • 3.8 インフラ設備を破壊しないため一般ごみとして廃棄しない
  • 4.対策
    • 4.1 機器メーカ責任
    • 4.2 使用者責任
第3節 蓄電池システムの安全に関する法令と産業標準
  • 1.蓄電池システムの火災事故
    • 1.1 火災事故事例
    • 1.2 蓄電池システム火災事故の特徴
  • 2.蓄電池システムに関する国内法令
    • 2.1 電気工作物としての対象法令
      • 2.1.1 電気事業法 (法律)
      • 2.1.2 電気設備技術基準 (省令)
      • 2.1.3 電気設備技術基準の解釈
      • 2.1.4 電気用品安全法
    • 2.2 危険物としての対象法令
      • 2.2.1 消防法
      • 2.2.2 危険物規制に関わる政令
      • 2.2.3 危険物規制に関わる規制
      • 2.2.4 火災予防条例
      • 2.2.5 告示・通知
  • 3.蓄電池システムに関する産業標準
    • 3.1 産業標準について
      • 3.1.1 国際規格 (IEC) について
      • 3.1.2 国家規格 (JIS) について
    • 3.2 蓄電池システムの産業標準
      • 3.2.1 IEC・TC120の概要
      • 3.2.2 蓄電池システムの安全要求 (IEC62933-5-2)
      • 3.2.3 国家規格

第2章 リチウムイオン電池の安全性試験

第1節 リチウムイオン電池の安全性試験
  • 1.リチウムイオン電池の性能試験と安全性試験
  • 2.リチウムイオン電池の安全性試験規格
    • 2.1 UN38.3
    • 2.2 IEC 62133-2
    • 2.3 電気用品安全法
    • 2.4 UN ECE R100
    • 2.5 JIS C 8715-2
第2節 リチウムイオン電池の劣化試験
  • 1.リチウムイオン電池の容量測定方法
    • 1.1 電圧範囲の条件
    • 1.2 放電電流の条件
    • 1.3 温度の条件
  • 2.リチウムイオン電池の劣化
    • 2.1 劣化試験方法
    • 2.2 充放電試験結果
    • 2.3 充放電サイクル試験後のLiの状態
    • 2.4 高温放置試験結果
第3節 リチウムイオン電池の発生ガスの分析
  • 1.劣化LIBの内部ガス分析
    • 1.1 内部ガスの分析方法
    • 1.2 携帯電話用LIBの内部ガス分析事例
  • 2.内部短絡試験と試験時の発生ガス分析
    • 2.1 試験に使用したLIB
    • 2.2 釘刺し試験方法と結果
    • 2.3 内部短絡時の発生ガス分析
  • 3.過熱における熱暴走試験と試験時の発生ガス分析
    • 3.1 試験に使用したLIB
    • 3.2 過熱試験方法と結果
    • 3.3 過熱試験における発生ガスの分析
      • 3.3.1 安全弁開放時の発生ガス成分
      • 3.3.2 熱暴走時の発生ガス成分
    • 3.4 発生ガスの発生起因電極の解析
      • 3.4.1 TPD-MSの概要
      • 3.4.2 TPD-MSにおける電極の測定結果
第4節 リチウムイオン電池の内部短絡系安全性評価
  • 1.LIB事故の要因
    • 1.1 事故の要因分析
    • 1.2 エネルギー密度向上と事故件数の推移
  • 2.LIBが熱暴走へ至る過程
    • 2.1 段階的な発熱反応
  • 3.内部短絡時のセル内部状態
    • 3.1 短絡部への電流流れ込み
    • 3.2 短絡部の総抵抗
  • 4.従来の内部短絡系試験法
    • 4.1 釘刺し試験
    • 4.2 ブラントネール試験
    • 4.3 強制内部短絡試験
    • 4.4 先端導電性部材付き絶縁性釘刺し試験
  • 5.電池シミュレータを用いた内部短絡系試験法
    • 5.1 電池シミュレータ
    • 5.2 電池シミュレータを用いた実験系
第5節 リチウムイオン二次電池の試作とその評価試験
  • 1.EV用LiBに求められる性能と開発動向
  • 2.高容量正極LiBに適した電池試作環境と評価例

第3章 リチウムイオン電池の状態推定、非破壊解析技術

第1節 リチウムイオン電池の劣化症状発現機構と劣化状態診断技術
  • 1.劣化症状発現機構
  • 2.劣化状態診断技術
第2節 蓄電池の状態診断技術
  • 1.劣化と測定の課題
    • 1.1 Libの劣化とは
      • 1.1.1 SOH (State of Health) の変化、容量劣化
      • 1.1.2 出力劣化
      • 1.1.3 システムによる見かけ上の残量 SOC (State of Charge)
      • 1.1.4 システムによる見かけ上の劣化とCellリバランス
      • 1.1.5 劣化に伴う容量の変化
      • 1.1.6 劣化は予測できるのか
    • 1.2 Lib-ESSの運用における課題
      • 1.2.1 充放電量の測定における誤差
      • 1.2.2 リセット方法
      • 1.2.3 測定項目
  • 2.状態診断技術の種類と用途
    • 2.1 状態診断の目的と、Libを搭載状況による使い分け
      • 2.1.1 状態診断技術の違い
      • 2.1.2 小型Libやモビリティー用途における状態診断
      • 2.1.3 大型定置用Lib-ESSにおける状態診断
  • 3.状態診断技術、状態測定技術による貢献
    • 3.1 状態診断技術の必要性と用途
      • 3.1.1 状態診断による価値評価
      • 3.1.2 履歴の管理から導き出せる価値
    • 3.2 カスケード利用への発展
    • 3.3 カスケード利用の価値
第3節 インピーダンスを用いた性能推定と劣化診断の技術
  • 1.車載電池のインピーダンス
  • 2.電池のインピーダンスの直接計測と解析
  • 3.電池の劣化とインピーダンス
第4節 交流インピーダンス法によるリチウムイオンバッテリの劣化診断解析
  • 1.リチウムイオンバッテリのACインピーダンス1) ~7)
  • 2.SEI層を考慮したバッテリの電気的等価回路モデルとモデル計算
  • 3.SEI層を考慮したバッテリの電気的等価回路のACインピーダンスシミュレーション
第5節 リチウムイオン電池の充電時の働きの可視化技術
  • 1.充電時に起こっていること
    • 1.1 LixFePO4における相分離
    • 1.2 LixCo[Fe (CN) 6]0.9における相分離
  • 2.実験方法
    • 2.1 LixCo[Fe (CN) 6]0.9膜
    • 2.2 光学セル
    • 2.3 その場透過像
  • 3.結果と考察
    • 3.1 厚膜
    • 3.2 薄膜
    • 3.3 黒相割合の時間発展
    • 3.4 考察-膜厚依存性の起源-
第6節 電池材料の表面分析におけるリチウム検出のためのLIBS手法
  • 1.技術的な課題
  • 2.新しいアプローチのLIBS
    • 2.1 リチウムイオン二次電池 セパレータ上の金属異物
    • 2.2 試料の深さプロファイル解析
    • 2.3 清浄度分析ワークフローの改善
第7節 透過型電子顕微鏡によるリチウムイオン電池のオペランド観測
  • 1.充放電過程における課題
    • 1.1 リチウムイオン電池の正極材料
    • 1.2 スピネル型リチウムマンガン酸化物の課題
  • 2.オペランドTEM計測法
    • 2.1 放電過程におけるリチウム分布変化
    • 2.2 充放電過程における正極と電解質界面近傍の様子
    • 2.3 充放電過程における正極内部の様子
第8節 バイモーダル原子間力顕微鏡による電極シート断面のナノ力学特性計測
  • 1.バイモーダル原子間力顕微鏡による電極シート断面観察
    • 1.1 ナノスケール力学特性計測
      • 1.1.1 バイモーダル原子間力顕微鏡
      • 1.1.2 解析
      • 1.1.3 実験配置
      • 1.1.4 コバルト酸リチウム正極シートを利用した断面観察の実証例
第9節 高速度X線透視とX線CTを用いたリチウムイオン電池内部短絡試験の高解像度内部状態解析
  • 1.LIBの特性とその内部短絡試験
    • 1.1 LIBのしくみと特性
    • 1.2 内部短絡試験の目的、規格、種類
  • 2.X線による内部観察
    • 2.1 X線による透視とCTのしくみ
    • 2.2 材質ごとのX線の透過しにくさ (線減弱係数)
  • 3.LIBの釘刺し実験
    • 3.1 実験用として用意したLIBの構成と材質
    • 3.2 釘刺し試験装置と釘の材料
  • 4.LIBの釘刺し試験の結果
第10節 リチウムイオン電池の非破壊劣化評価技術
  • 1.X線分析
    • 1.1 分析手法の特徴
    • 1.2 放射光の利用
  • 2.電極活物質の特定
    • 2.1 XRF分析の結果
    • 2.2 XRD分析の結果
    • 2.3 XAFS分析の結果
  • 3.非破壊劣化評価
    • 3.1 評価手法
    • 3.2 非破壊XRD測定結果
第11節 蓄電池内部電流密度分布映像化技術の開発
  • 1.背景
  • 2.蓄電池外部の磁場分布と電池内部電流密度の空間分布に関する解析的理論
  • 3.高感度磁場分布映像化技術
  • 4.測定事例
    • 4.1 単層リチウムイオン電池 短絡箇所の映像化
    • 4.2 充放電サイクルに伴う劣化箇所の映像化
第12節 二次電池電極内部の非破壊定量分析技術
  • 1.コンプトン散乱法とその特徴
    • 1.1 コンプトン散乱法
    • 1.2 実電池の非破壊測定
    • 1.3 軽元素の直接測定
  • 2.コンプトン散乱実験
    • 2.1 Sパラメータ解析法
  • 3.市販のコイン型リチウム二次電池電極内の充放電におけるリチウム変化の非破壊定量分析
  • 4.円筒型リチウムイオン電池電極内の不均一なリチウム反応分布の非破壊測定
第13節 リチウムイオン二次電池の金属異物混入による電気化学的内部短絡の検出
  • 1.電池内における金属析出
    • 1.1 試験セル
    • 1.2 短絡試験
    • 1.3 電子顕微鏡観察
    • 1.4 サイクリックボルタンメトリー試験
  • 2.電気化学インピーダンス分光法による短絡診断
    • 2.1 インピーダンススペクトル
    • 2.2 金属析出メカニズムの推定
第14節 リチウム電池のリアルタイム観察技術と金属Li析出、電池内反応の計測
  • 1.観察方法
  • 2.リチウム析出の観察
  • 3.リチウム析出要因となるLi偏在
  • 4.Li遍在の発生
  • 5.見えないLi析出

第4章 リチウムイオン電池の劣化抑制技術

第1節 負極表面のコーティングによる負極劣化の抑制
  • 1.低結晶炭素へのカーボンコーティング
    • 1.1 緒言
    • 1.2 試料の表面修飾、特性評価と条件
    • 1.3 コーティング試料の構造評価
    • 1.4 コーティング試料の充放電特性
  • 2.負極用黒鉛へのカーボンコーティングと電気化学的特性向上
    • 2.1 緒言
    • 2.2 コア炭素、コーティング方法、特性評価と条件
    • 2.3 試料の構造と電気化学的特性
      • 2.3.1 コーティング試料の構造評価
      • 2.3.2 コーティングによるPC分解反応の抑制
      • 2.3.3 コーティングによるレート特性の向上
  • 3.シリコンナノ粒子へのカーボンコーティングとサイクル劣化の抑制
    • 3.1 緒言
    • 3.2 試料の合成、特性評価と条件
    • 3.3 構造、電気化学的特性の解析
第2節 リチウムイオン電池の充放電反応の超高速化とSEI生成の抑制
  • 1.充放電反応の高速駆動化に向けて
    • 1.1 正極?電解質間の界面エンジニアリング
    • 1.2 エピタキシャル薄膜を用いた研究アプローチ
  • 2.エピタキシャル薄膜を用いた高速充放電特性向上の原理解明
    • 2.1 薄膜の作製と構造評価
    • 2.2 作製した薄膜の充放電特性評価
    • 2.3 作製した薄膜のサイクル特性向上
    • 2.4 計算による電場シミュレーション
  • 3.三相界面の観察とSEI形成抑制
    • 3.1 三相界面観察のための、BaTiO3マイクロパッド堆積LiCoO2薄膜の作製・評価
    • 3.2 充放電後薄膜の観察
    • 3.3 TPI付近におけるSEI形成の抑制
第3節 液漏れを防止する高耐久性シール材の開発
  • 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材
    • 4.3 ゴム系シール材
  • 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5章 発火、熱暴走の抑制技術と熱管理技術

第1節 リチウムイオン電池の熱暴走を抑制するナノレベル材料設計技術の開発
  • 1.反応モデル
    • 1.1 Spinel/Free 反応モデル
    • 1.2 Spinel/Restricted 反応モデル
    • 1.3 Rocksalt/Free 反応モデル
    • 1.4 Rocksalt/Suppressed 反応モデル
    • 1.5 Rocksalt/Restricted
  • 2.解析の方法
  • 3.結果の考察
    • 3.1 反応モデルの更なる絞り込み
    • 3.2 M 置換トレンドの支配要因
  • 4.適切なM 置換は何か
第2節 各種LiB電池の火災事故の現状と解決のための重要要素技術
  • 1.概要
    • 1.1 世界の動向
    • 1.2 電池、EV市場の動向
    • 1.3 Carbon neutral 等の環境問題、原油価格、貴金属価格の暴騰の影響
    • 1.4 電池性能改善の展望と電池生産占有国の経年推移
  • 2.電池の火災、爆発事例の経年推移と最近の動向
    • 2.1 LiB二次電池実用化初期10年の電池火災事例
    • 2.2 資源回収車での火災事故例
    • 2.3 ドライブレコーダ、電子タバコでの火災事故事例
    • 2.4 韓国、中国製EV車用電池の火災事故例
    • 2.5 韓国LG化学製の家庭用ESS施設 (Energy Storage Systems) の火災例
    • 2.6 LiB電池の増産とリサイクル問題が、急浮上
  • 3.LiB電池 (EDLC=電気二重層キャパシタ) の特性改善と安全対策
    • 3.1 蓄電素子の概要と電池の形状
    • 3.2 構成材料の改善での安全対策
    • 3.3 諸構成材料、機器の軽量化
    • 3.4 安全弁の機能と構造
    • 3.5 EDLC (電気二重層キャパシタ) を併用した安全回路応用
    • 3.6 Dry roomの高性能化
    • 3.7 LiB電池用セパレータ
    • 3.8 電池収納室の冷暖房機能
  • 4.Carbon neutral を意図した将来展望
    • 4.1 電池の研究~製造過程での火災爆発対策
    • 4.2 EDLC単独または併用による安全回路
    • 4.3 EDLC単独のSUV車、大型バスの実用化
    • 4.4 全固体電池、Dry electrodeとCarbon neutral
第3節 3次元熱流体解析と1次元システム解析連成によるEVバッテリーの熱管理及び熱暴走解析
  • 1.3次元熱流体解析と1次元システム解析の連成
  • 1.1 解析モデルの概要
  • 1.2 scFLOW – Elements連成解析の概要
  • 2.バッテリーモジュールの連成解析事例
    • 2.1 バッテリーモジュールの熱管理解析事例
    • 2.2 バッテリーモジュールの熱暴走解析事例
第4節 リチウムイオン電池の熱シミュレーションモデルの開発
  • 1.メゾスケール・シミュレーション
    • 1.1 電極実構造を用いた充放電シミュレーション
    • 1.2 メゾスケールの電極圧壊シミュレーション
  • 2.単セルの発熱シミュレーション
    • 2.1 充放電・発熱モデル
    • 2.2 単セルの熱暴走シミュレーション
  • 3.電池モジュール/パックの充放電発熱・安全性予測シミュレーション
    • 3.1 モジュール/パックにおける充放電・発熱シミュレーション
    • 3.2 モジュール/パックの発熱・熱暴走シミュレーション
第5節 バッテリーパックの3次元冷却シミュレーション
  • 1.3次元冷却シミュレーション技術
  • 1.1 バッテリーパックの3次元冷却シミュレーション
  • 1.2 3次元シミュレーションの障壁に対するアプローチ
  • 2.耐火性評価のための3次元シミュレーション技術
    • 2.1 バッテリーパック耐火性評価の3次元シミュレーション
  • 3.熱暴走時の被害縮小対策のための3次元シミュレーション技術
    • 3.1 消炎・耐火素材の3次元シミュレーション

第6章 セパレータの高耐熱化、劣化抑制による安全性向上

第1節 セパレータへの機能性コーティング技術
  • 1.ポリエチレン微多孔膜から機能層コートセパレータへ
  • 2.耐熱層コートポリエチレン微多孔膜
  • 3.ドライ接着層コートポリエチレン微多孔膜
  • 4.ウェット接着層コートポリエチレン微多孔膜
  • 5.電解液含浸性向上
第2節 ポリオレフィン微多孔膜製セパレータの耐熱化・シャットダウン機能改善
  • 1.LIBセパレータ用ポリオレフィン微多孔膜の種類と製法
    • 1.1 湿式法
    • 1.2 乾式法
    • 1.3 製法による物性の違い
    • 1.4 原料
    • 1.5 延伸方法
  • 2.LIBセパレータの物性及びLIBの性能・安全性との関係
    • 2.1 LIBセパレータの物性・特性
    • 2.2 厚み
    • 2.3 細孔構造・透過性
    • 2.4 機械的性質
    • 2.5 熱的性質
    • 2.6 その他
  • 3.LIBの技術開発動向
  • 4.LIBセパレータ向けポリオレフィン微多孔膜の技術開発動向
    • 4.1 ポリオレフィン微多孔膜の耐熱性向上及びその動向
    • 4.2 ポリオレフィン微多孔膜のシャットダウン機能向上及びその動向
    • 4.3 ポリオレフィン微多孔膜による内部短絡の抑制 (高安全化) 及びその動向
    • 4.4 ポリオレフィン微多孔膜のその他技術開発及びその動向
      • 4.4.1 薄膜・高強度化 (物理的内部短絡の抑制)
      • 4.4.2 高透過性化
      • 4.4.3 耐酸化性
第3節 リチウムイオン電池用難燃性電解質の研究開発
  • 1.室温イオン液体の特徴とリチウム二次電池用電解質への適用における課題
  • 2.リチウム二次電池用電解質としての研究例
  • 3.リチウム二次電池用電解質としての今後の展望

第7章 バッテリーマネジメント、セルバランス技術

第1節 バッテリパックの構成と制御手法
  • 1.バッテリパックの構成
    • 1.1 バッテリパックのシステム構成
    • 1.2 複数個のバッテリモジュール使用時のバッテリパック
    • 1.3 システム電源との絶縁
  • 2.バッテリパックの機能
    • 2.1 バッテリマネジメント機能
    • 2.2 セルモニター機能
    • 2.3 バッテリ短絡時の遮断機構
    • 2.4 バッテリの接点機構
      • 2.4.1 コンタクタ
      • 2.4.2 MOSFET
    • 2.5 インターロック機構
  • 3.バッテリパックの要求仕様
    • 3.1 バッテリパックに求められる仕様
      • 3.1.1 定格電圧
      • 3.1.2 定格出力電流
      • 3.1.3 最大出力電流
      • 3.1.4 バッテリ容量
      • 3.1.5 バッテリ制御関連
      • 3.1.6 機構関連
    • 3.2 バッテリモジュール (セル) の選定方法
      • 3.2.1 バッテリ電流容量
      • 3.2.2 バッテリ電圧
      • 3.2.3 バッテリ電力容量
      • 3.2.4 使用温度範囲
      • 3.2.5 バッテリ寿命
      • 3.2.6 保存性能
  • 4.バッテリパックの制御手法
    • 4.1 セルモニターユニットの制御方法
    • 4.2 バッテリマネジメントシステムの制御方法
  • 5.バッテリパック設計の注意点
    • 5.1 突入電流対策
    • 5.2 インバータノイズの対処方法
    • 5.3 バッテリパック組立時の注意点
    • 5.4 二次電池の劣化モード
    • 5.5 低温時における充放電特性
    • 5.6 バッテリの使用可能領域
第2節 電気性能発現メカニズムに基づいたリチウムイオン電池性能の劣化推定モデルの構築
  • 1.劣化シミュレーションモデルの構造
  • 2.モデルコンセプト
  • 3.劣化推定モデルの構築
    • 3.1 定格容量モデルの構築
      • 3.1.1 定格容量の発現メカニズムと劣化の表現
      • 3.1.2 定格容量劣化推定モデルの学習方法
      • 3.1.3 Ah-OCPカーブのシミュレーション方法
      • 3.1.4 劣化シミュレーション方法
      • 3.1.5 モデル精度
    • 3.2 DCRモデル
      • 3.2.1 DCRの発現メカニズムと劣化の表現
      • 3.2.2 DCR劣化推定モデルの学習方法
      • 3.2.3 DCRのシミュレーション方法
      • 3.2.4 劣化シミュレーション方法
      • 3.2.5 モデル構築結果
第3節 バッテリシステムのモデルベース開発
  • 1.バッテリシステム
  • 2.バッテリの冷却システム
  • 3.電気等価回路モデルと熱回路モデル
  • 4.バッテリモジュールの熱回路モデル
第4節 カルマンフィルタを用いたバッテリーのSOC推定ロジックの開発
  • 1.カルマンフィルタの概要
    • 1.1 カルマンフィルタとは
    • 1.2 線形カルマンフィルタ
  • 2.カルマンフィルタを用いたバッテリーのSOC推定ロジック
    • 2.1 非線形カルマンフィルタ
      • 2.1.1 拡張カルマンフィルタの定式化
    • 2.2 バッテリーモデル
      • 2.2.1 等価回路モデル
      • 2.2.2 等価回路モデルの数式
      • 2.2.3 等価回路モデルの状態空間表現
  • 3.カルマンフィルタを用いたバッテリーSOC推定の例
    • 3.1 MATLABおよびSimulinkによるカルマンフィルタ
    • 3.2 シミュレーション例
第5節 シミュレーションを利用したバッテリーの寿命効率の向上技術
  • 1.物理モデルベースの劣化予測技術
  • 2.温度予測モデル
第6節 自動車用リチウムイオンバッテリシステムの温度管理・各種方式と必要な熱源・部材と今後の展開
  • 1.はじめに
    • 1.1 環境情勢
    • 1.2 一般とクルマ用の違い
  • 2.駆動電池の温度デバイス
    • 2.1 種々の方式の説明
  • 3.温度デバイスの詳細
  • 4.理想的な温度管理デバイス
  • 5.次世代電池

第8章 リチウムイオン電池の安全な回路設計

第1節 リチウムイオン電池の保護回路のシステムについて
  • 1.保護回路の必要性
  • 2.アナログ計測による保護回路
  • 3.監視ICを利用した高機能なBMS
    • 3.1 LTC6803によるBMS
    • 3.2 ML5239によるBMS
    • 3.3 ML5236によるBMS
第2節 リチウムイオンバッテリー二次保護回路用ヒューズの開発
  • 1.セルフコントロールプロテクター (SCP) とは?
    • 1.1 開発の背景
    • 1.2 過電流保護機能
    • 1.3 過充電保護機能
    • 1.4 製品ラインアップ
  • 2.鉛フリー、低抵抗、大電流を実現する新技術
    • 2.1 高融点鉛はんだを使用してきた背景
    • 2.2 高融点鉛はんだはRoHS指令の適用除外
    • 2.3 高融点鉛はんだは高抵抗
    • 2.4 鉛フリー化の実現
    • 2.5 低抵抗化・大電流化の実現
    • 2.6 さらなる低抵抗化・小型化の実現
  • 3.今後の課題と展開
    • 3.1 市場展望
    • 3.2 今後の課題
    • 3.3 EV用LIB保護回路の一例
    • 3.4 高電圧SCPの開発

第9章 リチウムイオン電池の性能評価、解析技術

第1節 電池評価のための高精度充放電容量測定法の開発
  • 1.計測システムの開発
    • 1.1 計測システム
      • 1.1.1 計測システムの構築 (ハード面とソフト面)
      • 1.1.2 測定データの取り扱いと評価
    • 1.2 測定データの補正
  • 2.測定結果の解釈と測定手法の応用
    • 2.1 容量推移データの解釈
    • 2.2 電池内危険状態への予兆検知
第2節 大気非暴露環境でのリチウムイオン電池内部の評価技術
  • 1.大気非暴露評価に必要な環境について
  • 2.成分分析にかかわる大気非暴露測定
    • 2.1 グロー放電発光分析 (GD-OES)
    • 2.2 二次イオン質量分析 (SIMS)
  • 3.表面分析にかかわる大気非暴露測定
    • 3.1 X線光電子分光
    • 3.2 オージェ電子分光 (AES)
    • 3.3 硬X線光電子分光分析器 (HAXPES)
  • 4.形態・構造解析にかかわる大気非暴露測定
    • 4.1 ラマン分光による評価
    • 4.2 SEMおよびTEM
    • 4.3 その他
第3節 電池の内部抵抗の評価技術
  • 1.バッテリー熱管理システム (BTMS)
    • 1.1 電池の大型化と放熱の外皮面積
    • 1.2 バッテリーとセル
  • 2.電池の内部抵抗の原因
    • 2.1 電池の起電力と内部抵抗
    • 2.2 電池の構造と内部抵抗
    • 2.3 電池の内部抵抗と過電圧
    • 2.4 電流密度j、電場e、導電率σ、抵抗率ρ
    • 2.5 電池の放電深さと内部抵抗
  • 3.電池の内部抵抗の測定
    • 3.1 交流インピーダンス測定—周波数領域—
    • 3.2 交流抵抗 (ACR) と直流抵抗 (DCR)
    • 3.3 短絡試験
    • 3.4 過渡応答 (緩和特性) —時間領域—
  • 4.バッテリマネジメントシステム (BMS) と内部抵抗測定
    • 4.1 単セルの内部抵抗とバッテリー内部抵抗
    • 4.2 バッテリーマネージメントシステム (BMS) と内部抵抗
    • 4.3 健康状態 (SOH) と内部抵抗
    • 4.4 バッテリーインスペクションと内部抵抗
第4節 電池内部の直接観測技術
  • 1.NMRによる電池内部の「直接」観測
  • 2.ex situ NMR
  • 3.その場 (in situ, operando) 分析,MRI (イメージング)
  • 4.MRIおよび新規手法
第5節 高エネルギーX線散乱を用いたリチウムイオン電池評価法
  • 1.X線コンプトン散乱
  • 2.X線コンプトン散乱スペクトロメーター
  • 3.電子運動量密度分布
    • 3.1 コンプトン散乱X線エネルギー分布と電子運動量密度分布
    • 3.2 電子波動関数と電子運動量密度分布
  • 4.リチウムイオン電池・正極材料への応用例
    • 4.1 LixMn2O4の酸化還元軌道
    • 4.2 LixCoO2, LixTi0.4Mn0.4O2、LiFePo4正極材料の研究概要
第6節 リチウムイオン電池の充電曲線解析を用いた安全性評価
  • 1.充電曲線解析の原理と特長
  • 2.LIBの充放電サイクル劣化に伴う安全性低下の検証とメカニズム解明
  • 3.CCAによる安全性低下リスクの検出
第7節 リチウムイオン電池電極の評価法
  • 1.実験方法
    • 1.1 電極試料の作製
    • 1.2 電極試料の評価手段
  • 2.結果と考察
    • 2.1 実験結果
    • 2.2 考察
      • 2.2.1 PVdFバインダーの内部摩擦
      • 2.2.2 LiMn2O4微結晶の内部摩擦
      • 2.2.3 グラファイトおよびダイヤモンドライクカーボンなどの内部摩擦
      • 2.2.4 カーボンとPVdFバインダー複合試料の内部摩擦
      • 2.2.5 アルミニウムとその合金材料の内部摩擦
    • 2.3 正極の劣化メカニズム
第8節 テラヘルツ波ケミカル顕微鏡を用いたin-situ電池電極評価
  • 1.テラヘルツ波ケミカル顕微鏡の計測原理
  • 2.テラヘルツ波ケミカル顕微鏡による評価
    • 2.1 液系リチウムイオン電池の電極電位分布計測
    • 2.2 全固体リチウムイオン電池の電極間電位分布計測
第9節 リチウムイオン電池電極シートの合材層抵抗と界面抵抗の数値化
  • 1.概要
  • 2.RM2610の機能・特長
    • 2.1 システム概略
    • 2.2 電極抵抗計 RM2611
    • 2.3 機構
      • 2.3.1 テストフィクスチャ RM9004
      • 2.3.2 プレスユニット RM9003
    • 2.4 電極抵抗計算ソフトウェア RM2612
    • 2.5 RM2610の主な機能
      • 2.5.1 オートレンジ機能
      • 2.5.2 テストフィクスチャのチルト機構
      • 2.5.3 コンタクトチェック機能
      • 2.5.4 点検機能
    • 2.6 界面抵抗の求め方
      • 2.6.1 電位分布測定
      • 2.6.2 モデリング
      • 2.6.3 順解析
      • 2.6.4 電位分布の比較と更新
  • 3.計測事例
    • 3.1 市販の電極シートの抵抗測定
    • 3.2 電極密度と抵抗の関係
    • 3.3 乾燥温度と抵抗の関係
第10節 電池反応シミュレーションソフトを用いての解析技術
  • 1.電池モデリングにおける課題
  • 2.各種要素技術開発における電池モデリングの活用
    • 2.1 電池セルモデリングの概要
      • 2.1.1 セルサイジング
      • 2.1.2 セル性能解析モデル
    • 2.2 電極モデリング
      • 2.2.1 多孔性電極/単粒子電極 1次元性能解析モデル
      • 2.2.2 マイクロ構造電極 性能解析モデル
    • 2.3 経験的等価回路 性能解析モデル
    • 2.4 電池モジュール・パックモデリング
      • 2.4.1 1D/3D 電池モジュール・パックモデル
    • 2.5 劣化モデリング
    • 2.6 熱暴走解析

第10章 リチウムイオン電池材料の劣化評価、安全性評価

第1節 透過型電子顕微鏡を用いたリチウム電池用電極材料の発熱反応解析
  • 1.硫化物固体電解質の耐湿性
  • 2.硫化物固体電解質と熱安定性
  • 3.NMC-LSS正極複合体の発熱挙動と微細構造
第2節 熱分析を用いた電池材料評価
  • 1.電池材料と熱分析
    • 1.1 熱分析とは
    • 1.2 電池材料評価への利用
  • 2.電極や電解液の熱分析
    • 2.1 示差走査熱量測定 (DSC) を用いた熱安定性評価
      • 2.1.1 DSCの装置と測定原理
      • 2.1.2 測定例1: 電解液の熱安定性評価
      • 2.1.3 測定例2: 負極と電解質の反応
      • 2.1.4 測定例3: DSCを用いた正極活物質の熱安定性評価
    • 2.2 熱重量分析による電極および活物質の評価
      • 2.2.1 熱重量分析の装置と測定原理
      • 2.2.2 測定例1:正極活物質 (NCM) の焼結プロセスの解析
      • 2.2.3 測定例2:負極電極組成の定量
  • 3.セパレータの熱分析
    • 3.1 DSC測定を用いたセパレータ分析
      • 3.1.1 測定方法
      • 3.1.2 測定例:ポリプロピレン (PP) セパレータの転移温度の評価
    • 3.2 熱機械分析 (TMA) を用いたセパレータの熱収縮,軟化の評価
      • 3.2.1 TMAの装置と測定法
      • 3.2.2 測定例:三層セパレータの寸法安定性評価
  • 4.電池の熱量測定
    • 4.1 電池の熱量計測のための装置
    • 4.2 測定例:開回路バッテリーの等温熱量測定による自己放電の評価
    • 4.3 充放電サイクルにおける熱量計測例
第3節 X線顕微分光分析によるリチウム電池活物質粒子の化学状態可視化
  • 1.X線スペクトロタイコグラフィによる化学状態可視化
    • 1.1 X線タイコグラフィの原理と画像再構成
    • 1.2 X線スペクトロタイコグラフィによる空間分解XAFS・位相スペクトル解析
  • 2.スピネル型LiNi0.5Mn1.5O4正極活物質粒子内部の化学状態分布解析
第4節 in situ分析を利用したリチウムイオン電池の活物質の構造変化解析
  • 1.ラボ装置を活用したin situ XRD測定
  • 2.In situ Raman分析の測定例
第5節 電極導電助剤の分散状態評価
  • 1.導電助剤の分散状態が性能に及ぼす影響
  • 2.電極断面における合剤分散性評価技術
    • 2.1 正極導電助剤の分散性評価
    • 2.2 負極SBRバインダの分散性評価
  • 3.電極スラリーの状態評価
第6節 レーザー誘起プラズマ発光分光法を用いたリチウムイオン電池負極のリチウムの3次元分布測定
  • 1.レーザー誘起プラズマ発光分光法 (LIBS) によるリチウム測定
  • 2.LIBS法による負極のリチウムの3次元定量分析27)
    • 2.1 測定方法
      • 2.1.1 LIBS装置
      • 2.1.2 測定試料
    • 2.2 測定結果
      • 2.2.1 作製したリチウム電池の充放電曲線
      • 2.2.2 充放電後の正極のリチウム分布測定
第7節 電気トモグラフィ法を用いた電極スラリーの可視化計測技術
  • 1.電気トモグラフィ
    • 1.1 電気トモグラフィ法
    • 1.2 ハードウェアデザイン
  • 2.正極スラリー体積分率の電気トモグラフィ可視化計測
  • 3.深層学習を利用した複数スラリー材料の体積分率の可視化計測技術
第8節 電解液内濃度分布の可視化技術
  • 1.電解液内濃度分布のその場可視化に向けて
    • 1.1 電解液内濃度分布可視化の重要性
    • 1.2 位相イメージング法の原理
    • 1.3 位相イメージング法の測定装置
  • 2.位相イメージング法による電解液内濃度分布のオペランド可視化
    • 2.1 LIBのオペランド位相イメージング測定
    • 2.2 低レート充電時の定常状態での塩濃度分布の定量化
    • 2.3 電解液内濃度分布の充電レート依存性
    • 2.4 高速充放電サイクル時の電解液内濃度分布の顕在化
第9節 バインダー用PVDFの分析と評価
  • 1.リチウムイオン電池用バインダーに求められる要件
    • 1.1 混錬時の分散補助と分散質の保持
    • 1.2 塗工時の粘性確保、塗工直後の活物質層の厚さコントロール
    • 1.3 接着と結着
    • 1.4 プレス時の粒子の滑り補助と粒子の移動先での保持
    • 1.5 イオン伝導性と導電性 (電子伝導性)
  • 2.バインダーとしてのPVDF性能に影響を与える分子構造と性質
    • 2.1 分子量
    • 2.2 コポリマー
    • 2.3 官能基
  • 3.市販品PVDF
    • 3.1 乳化重合
    • 3.2 懸濁重合
    • 3.3 サプライヤー別の特徴
    • 3.4 供給能力
  • 4.PVDFバインダーの評価手法
    • 4.1 機械的強度
    • 4.2 接着性
    • 4.3 化学的安定性
    • 4.4 電気化学的安定性
    • 4.5 有機溶媒への溶解性
    • 4.6 電解液膨潤性
    • 4.7 高分子材料としての基本物性
      • 4.7.1 粉体特性 (平均粒径もしくは粒度分布)
      • 4.7.2 固有粘度 (もしくは溶液粘度)
      • 4.7.3 分子量 (重量平均分子量Mw、数平均分子量Mn、分子量分布)
      • 4.7.4 融点、降温結晶化温度
    • 4.8 イオン導電性
    • 4.9 官能基
    • 4.10 スラリー、電極、電池セルでの評価

第11章 リチウムイオン電池の輸送規制と注意点

第1節 リチウムイオン電池の安全性を巡る国内外の規格・ガイドラインの制定動向と海上輸送の規制動向
  • 1.リチウムイオン電池の安全性を巡る国内外の規格・ガイドラインの制定動向
    • 1.1 新たな高性能電池と、安全性への取組。1991年〜2010年代
    • 1.2 電気用品安全法の制定と運用
    • 1.3 最新のJISにおける安全性のレベルと要求事項
    • 1.4 JISの試験項目、電気的/機械・熱的/機能的
    • 1.5 UL認証の取得とビジネスの運用
    • 1.6 UL 1642安全性試験項目
    • 1.7 UN (国連) 危険物輸送基準勧告と運用
  • 2.リチウムイオン電池の海上輸送の規制動向
    • 2.1 リチウムイオン電池の国際輸送
    • 2.2 特定有害廃棄物等の輸出入管理とバーゼル条約
第2節 車載用リチウムイオン電池の危険物輸送規則の改正状況と実務対応
  • 1.危険物輸送規則
    • 1.1 危険物輸送規則の体系
    • 1.2 国際危険物輸送規則
    • 1.3 米国の危険物輸送規則 (49CFR)
    • 1.4 中国の危険物輸送規則
    • 1.5 日本の危険物輸送規則
  • 2.危険物の分類
  • 3.電池の輸送規則
    • 3.1 リチウムイオン電池
    • 3.2 自動車駆動用リチウムイオン電池
    • 3.3 リチウム電池の製造、商流業者への規則適用

執筆者

  • 国立研究開発法人 産業技術総合研究所 向井 孝志
  • イトケン事務所 伊藤 貞則
  • 東京電力ホールディングス 株式会社 田代 洋一郎
  • テュフラインランドジャパン 株式会社 八尾 恭彦
  • オムロン 株式会社 岩谷 康次郎
  • 株式会社 東レリサーチセンター 森脇 博文
  • 株式会社 KRI 加藤 史朗
  • JFEテクノリサーチ 株式会社 莇 丈史
  • 大和製罐 株式会社 有馬 理仁
  • 横河ソリューションサービス 株式会社 松下 武司
  • 日置電機 株式会社 森 匠
  • 東海大学 坂本 俊之
  • 筑波大学 守友 浩
  • ライカマイクロシステムズ 株式会社 森下 達治
  • 北陸先端科学技術大学院大学 大島 義文
  • 国立研究開発法人 物質・材料研究機構 増田 卓也
  • 東芝ITコントロールシステム 株式会社 富澤 雅美
  • 東芝ITコントロールシステム 株式会社 冨樫 法仁
  • 一般社団法人 電力中央研究所 小林 剛
  • 神戸大学 松田 聖樹
  • 株式会社 Integral Geometry Science 鈴木 章吾
  • 株式会社 Integral Geometry Science 美馬 勇輝
  • 株式会社 Integral Geometry Science 木村 憲明
  • 神戸大学 木村 建次郎
  • 群馬大学 鈴木 宏輔
  • 群馬大学 櫻井 浩
  • 九州大学 中島 裕典
  • 九州大学 北原 辰巳
  • マクセル 株式会社 澤木 裕子
  • 愛知工業大学 大澤 善美
  • 愛知工業大学 糸井 弘行
  • 東京工業大学 安原 颯
  • 日本ゼオン 株式会社 前田 耕一郎
  • 北陸先端科学技術大学院大学 前園 涼
  • 西野技術士事務所 西野 敦
  • 株式会社 ソフトウェアクレイドル 白川 慶介

出版社

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体裁・ページ数

A4判 567ページ

ISBNコード

978-4-86104-938-5

発行年月

2023年2月

販売元

tech-seminar.jp

価格

80,000円 (税別) / 88,000円 (税込)

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