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二次電池の材料に関する最新技術開発

二次電池の材料に関する最新技術開発

~リチウムイオン電池、全固体電池、次世代蓄電池の高効率化や長寿命化、安全性を支える~
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目次

第1章 リチウムイオン電池技術の現状と問題点

  • 1.LIBの安全性の問題
  • 2.全固体電池への期待と問題点

第2章 リチウムイオン電池用正極活物質,正極周辺部材の高電圧化対応,表面処理,劣化防止

第1節 Ni系正極活物質の材料改質
  • 1.Ni ( Ni<0.5 ) 組成正極
    • 1.1 形状改質
    • 1.2 バルク改質
      • 1.2.1 元素ドープ
      • 1.2.2 コアシェル型、濃度勾配型粒子
    • 1.3 表面改質
  • 2.Ni ( 0.8>Ni ≧0.5 ) 組成正極
    • 2.1 形状改質
    • 2.2 バルク改質
    • 2.2 1.元素ドープ
    • 2.2 2.コアシェル型、濃度勾配型粒子
    • 2.3 表面改質
  • 3.Ni ( Ni ≧0.8 ) 組成正極
    • 3.1 形状改質
    • 3.2 バルク改質
      • 3.2.1 元素ドープ
      • 3.2.2 コアシェル型、濃度勾配型粒子
    • 3.3 表面改質
第2節 炭酸処理によるNCA正極スラリーの中和と作用メカニズム
  • 1.炭酸ガスの圧力と水系スラリーのpHの関係
  • 2.水系スラリーの加圧炭酸処理
    • 2.1 電極特性への影響
    • 2.2 炭酸処理の作用機序に関する考察
  • 3.PVdF系バインダを用いたNCAスラリーのゲル化抑制
第3節 水系バインダーに適用可能な正極のための表面コーティング
  • 1.正極材料粒子へのコーティング
  • 2.NCA正極材料へのTiOx/ Li2CO3コーティングによる耐水性の検討
  • 3.NCA正極材料へのLi3PO4コーティングによる耐水性の検討
第4節 ピコ秒パルスレーザーを用いて作製された穴あき電極によるリチウムイオン二次電池の特性向上
  • 1.電極の作製とレーザー加工
  • 2.穴あきLiFePO4正極/Graphite負極を用いたラミネート電池における出力特性及び充放電メカニズムの解析
  • 3.厚塗り穴あき電極の作製及び出力特性の検討 [4]
  • 4.穴あきLFP/ACハイブリッド電極の作製によるLiFePO4正極の出力特性の向上
  • 5.穴あき加工を施したGraph電極におけるLi+イオンプレドープ反応の高速化
第5節 有機リチウムイオン二次電池の新展開
  • 1.カーボンナノチューブの利用・バッキーペーパー正極のOLIB
    • 1.1 ポリマー系有機活物質のバッキーペーパー正極のOLIB
    • 1.2 低分子量系有機活物質のバッキーペーパー正極のOLIB
    • 1.3 トリオキソトリアンギュレン中性ラジカルを用いたバッキーペーパー正極のOLIB
  • 2.有機活物質と二次元炭素材料を複合化させた正極のOLIB
    • 2.1 GDYによる有機結晶のラッピング
    • 2.2 トリオキソトリアンギュレン中性ラジカルの真空蒸着膜を用いたOLIB
第6節 有機二次電池用正極材料の特徴と性能評価

~ポリチオンの有機硫黄ポリマ?材料~

  • 1.材料の特徴
    • 1.1 電池反応機構
    • 1.2 合成・製造方法
  • 2.性能試験・評価データ
    • 2.1 電池反応
    • 2.2 構造評価
    • 2.3 X線吸収端 (XANES) 測定による電池反応評価
  • 3.他構成部材と組み合わせ
    • 3.1 リチウムイオン電池
    • 3.2 ポストリチウムイオン電池
  • 4.さらなる展開
    • 4.1 機能向上
    • 4.2 応用
    • 4.3 光電池の可能性

第7節 蓄電デバイスの高エネルギー密度化に向けた犠牲正極材の取り組みとその可能性
  • 1.犠牲正極材
  • 2.リチウムイオンキャパシタへの適用
  • 3.プレドープシート
第8節 酸化還元活性な金属イオンと有機配位子からなる金属有機構造体を正極活物質とする蓄電池の開発
  • 1.酸化還元活性な有機活物質を利用した蓄電池
    • 1.1 有機蓄電池
    • 1.2 金属有機構造体
  • 2.DS-MOFとAzo-MOFを正極活物質とした蓄電池
    • 2.1 DS-MOFの充放電反応機構解明および構造的特徴と電池特性との相関
    • 2.2 Azo-MOFを正極活物質としたSIBとLIBの電池特性および充放電反応機構の比較

第3章 リチウムイオン電池用負極活物質,周辺部材の高電圧化対応,膨張収縮対応,劣化防止

第1節 リチウム系電池の負極材料
  • 1.負極の容量密度と電池へのインパクト
  • 2.炭素系負極
  • 3.シリコン系および混合系負極
  • 4.チタン系負極
  • 5.リチウム金属負極
  • 6.革新電池の負極
第2節 EV普及のカギとなるLiB部材開発」負極編
  • 1.LIB負極材料の開発状況
    • 1.1 LIB負極材料の種類と代表特性
    • 1.2 負極材の高エネルギー密度化
    • 1.3 負極材の高入出力化
      • 1.3.1黒鉛負極の高入出力化
      • 1.3.2 LTO負極での高入出力化
  • 2.まとめと今後
第3節 リチウムイオン電池用チタン酸化物負極材料の現状とH2Ti12O25の高容量化
  • 1.リチウムイオン電池用チタン酸化物
    • 1.1 Li4Ti5O12 (LTO)
    • 1.2 TiO2 (ルチル、アナターゼ、ブロンズ型)
    • 1.3 TiNb2O7 (TNO)
    • 1.4 H2Ti12O25 (HTO)
  • 2.HTOについて
    • 2.1 HTOの微粒子化への新たなアプローチ
    • 2.2 HTO球状ナノ粒子の充放電特性
第4節 ナノ多孔構造の導入によるSi負極の高安定動作の実現について
  • 1.充放電時に体積変化を経験する負極活物質の課題
    • 1.1 不安定な固体電解質界面相 (Solid Electrolyte Interphase, SEI) 保護膜
    • 1.2 活物質材の微粉化
  • 2.充放電時に体積変化を経験する負極活物質のサイクル安定化
    • 2.1 有機電解液に替えて無機固体電解質を用いた取り組み
    • 2.2 活物質材にナノ多孔構造を導入した取り組み
第5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.古くて新しい無機ケイ酸系バインダ
  • 2.無機ケイ酸系バインダを被覆したシリコン負極の開発
  • 3.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6節 硫黄系負極材 (SPAN) の適用によるリチウムイオン二次電池の長寿命化・作動温度域拡大・高安全化
  • 1.SPANの負極活物質としての可能性
  • 2.SPAN負極を適用したLIBの充放電特性
  • 3.SPAN負極を適用したLIBの作動温度域
  • 4.SPAN負極を適用したLIBの発火安全性

第4章 リチウムイオン電池用電解質の酸化防止や難燃化,新しい電解質の利用による安全性向上

第1節 含フッ素鎖状エーテルの物性および電気化学特性
  • 1.物理的性質
    • 1.1 熱力学的性質
    • 1.2 電気的性質
    • 1.3 光学的性質
    • 1.4 輸送性質
  • 2.電気化学的性質
    • 2.1 電解質溶液の電気伝導率
    • 2.2. 電気化学的安定性
  • 3.リチウム二次電池への応用
    • 3.1 リチウムの析出と溶解によるサイクル効率
    • 3.2 コインセルの充放電特性
第2節 EV市場と車載用フッ素含有電解質の将来性-中国市場から
  • 1.中国におけるこれまでのLiB市場
  • 2.フッ素含有電解質及び添加剤
    • 2.1 LiPF6
    • 2.2 LiBF4
    • 2.3 LiTFSI
    • 2.4 LiFSI
    • 2.5 LiPO2F2
  • 3.電解質LiPF6の市場動向
  • 4.リチウムイオン2次電池の安全性
  • 5.電気自動車普及と補助金
  • 6.車載用LiB用の電池材料と原材料
  • 7.電気自動車普及について
第3節 「ゲルポリマー電解質リチウムイオン電池」
  • 1 ゲルポリマー電解質リチウムイオン電池 (GPE-LIB) の技術
    • 1.1 ポリマーのゲル化
    • 1.2 ポリマーと溶媒の相互作用
第4節 リチウムイオン電池用新規電解質LiFSIについて
  • 1.LiFSIとは
  • 2.LiFSIの特徴
    • 2.1 LiFSIの構造的特徴
    • 2.2 LiFSIの品質上の特徴
    • 2.3 LiFSIの熱物性
    • 2.4 LiFSI電解液の特徴
  • 3.LiFSIの用途
  • 4.LiFSI開発の歴史と製造方法
    • 4.1 HFSI法
    • 4.2 HClSI法
    • 4.3 日本触媒法
第5節 イオネル ® 含有電解液を用いた電池特性
  • 1.イオネルR含有電解液の三元系正極への効果
    • 1.1 放電特性
    • 1.2 充放電サイクル特性
    • 1.3 低温DCR測定
    • 1.4 低温充放電サイクル特性
    • 1.5 セル厚み変化
    • 1.6 釘刺し安全試験
    • 1.7 高温充放電サイクル特性
    • 1.8 フロート充電特性
  • 2.イオネルR含有電解液のLFP正極への効果
    • 2.1 放電特性
    • 2.2 充放電サイクル特性
  • 3.イオネルR含有電解液のLCO正極への効果
  • 4.充放電サイクル特性
    • 4.1 高温保存特性
    • 4.2 イオネルR含有電解液における電池性能向上の考察
    • 4.3 ?3で述べたようにイオネルR含有電解液を使用することで現行電解液と比較し数多くの電池性能向上が確認され
    • 4.4 SEIの分析
  • 5.イミド塩使用時のアルミニウムの腐食抑制メカニズム
    • 5.1 充放電サイクル特性
第6節 リチウムイオン電池用新規電解質LiFSIの応用例
  • 1.LiFSIを用いた次世代電解液の研究
    • 1.1高濃度電解液
    • 1.2 LiFSI系カーボネートフリー電解液
      • 1.2.1 LiFSIおよびスルホランからなる電解液 (LiFSI/SL)
      • 1.2.2 LiFSIおよびジニトリルからなる電解液 (LiFSI/MGN、LiFSI/SN)

第5章 全固体電池用の固体電解質の材料設定と充放電地特性向上

第1節 固体電解質採用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
  • 5.酸化物型全固体電池への挑戦
第2節 全固体電池の界面制御による電池性能の向上
  • 1.清浄な電極?電解質界面で普遍的に実現する低い界面抵抗
    • 2.5V級正極LiNi0.5Mn1.5O4を用いた全固体電池における低抵抗界面と高速充放電
    • 3.5V級正極LiNi0.5Mn1.5O4を用いた全固体電池における電池容量増大
    • 4.5V級正極LiNi0.5Mn1.5O4を用いた全固体電池におけるアニール処理による電池性能の回復
  • 5.界面抵抗の結晶方位依存性: LiNi0.5Mn1.5O4 (001) と (111) の比較
    • 6.5V級正極LiCo0.5Mn1.5O4を用いた全固体電池における界面抵抗の緩和現象
第3節 全固体電池の正極と固体電解質との界面抵抗を軽減する試み
  • 1.正極と固体電解質界面の基本原理
  • 2.正極と様々な固体電解質との界面形成の試み
    • 2.1 正極と高分子型電解質
    • 2.2 正極と硫化物型固体電解質
    • 2.3 正極と酸化物型固体電解質
  • 3.固体電解質複合体界面の設計と最適化
第4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.リチウムイオン伝導性ガラスセラミックスについて
  • 2.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電解質としての応用
  • 3.焼結法にて製造したガラスセラミックス電解質
  • 4.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
  • 5.全固体電池用電解質としての材料開発
第5節 硫黄系活物質 (SPAN) を用いた固体系リチウム-硫黄二次電池の特性
  • 1.SPAN正極と硫化物系固体電解質から構成される固体系Li-Sセル
  • 2.SPAN正極とポリマー系固体電解質から構成される固体系Li-Sセル
第6節 NASICON型リチウムイオン伝導体の界面・粒界構造とイオン伝導性
  • 1.NASICON型リチウムイオン伝導体
  • 2.NASICON型固体電解質の表面近傍における構造と組成変調
  • 3.NASICON型固体電解質の湿度依存性
    • 3.1 インピーダンスの湿度依存性
    • 3.2 粒界構造
    • 3.3 湿度によるイオン導電率の変調の機構
第7節 酸化物系固体電解質LLTOの高性能化について
  • 1.作製方法
  • 2.機械的特性
  • 3.イオン伝導度
  • 4.次世代リチウムイオン電池への適用可能性
  • 5.リチウム空気電池の電池特性
第8節 塩化物イオンまたは臭化物イオンが移動する革新的全固体電池
  • 1.ハロゲン化物イオン移動型電池に関する報告
    • 1.1 フッ化物イオン移動型電池の現状
    • 1.2 塩化物イオン、臭化物イオン移動型電池のメリット
  • 2.全固体ハロゲン化物イオン電池の現状
    • 2.1 固体電解質 (塩化物イオン伝導体、臭化物イオン伝導体) の現状
    • 2.2 全固体塩化物イオン電池の開発
    • 2.3 全固体臭化物イオン電池の開発
第9節 磁場勾配NMRによるセパレータ微多孔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
  • 2.リチウムイオン二次電池セパレータ中のイオン拡散挙動評価
    • 2.1 リチウムイオン二次電池セパレータ
    • 2.2 PGSE-NMRにより得られる情報
    • 2.3 孔構造の異方性の影響
    • 2.4 孔構造の空間分布の影響
    • 2.5 多層セパレータ界面の影響

第6章 リチウムイオン電池,全固体電池用バインダーの材料設計と密着性向上,界面抵抗低減

第1節 正極用スタンダードバインダーとしてのPVDF
  • 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 イオン伝導性と電気伝導性
  • 2.なぜリチウムイオン電池はPVDFを使って来たのか
    • 2.1 PVDFの特性
      • 2.1.1 機械的強度
      • 2.1.2 接着性
      • 2.1.3 化学的安定性
      • 2.1.4 電気化学的安定性
      • 2.1.4 有機溶媒への溶解性
      • 2.1.5 電解液膨潤性
  • 3.バインダーとしてのPVDF性能に影響を与える性質
    • 3.1 分子量
    • 3.2 コポリマー
    • 3.3 官能基
  • 4.市販品PVDF
    • 4.1 乳化重合
    • 4.2 懸濁重合
    • 4.3 サプライヤー別の特徴
    • 4.4 供給能力
第2節 リチウムイオン電池用バインダーと全固体電池用バインダーとの比較
  • 1.バインダーを切り口とした全固体電池
    • 1.1 全固体電池でのバインダーの出番
    • 1.2 塗工用溶媒に適したバインダーが必要
      • 1.2.1 正極バインダーへの要求特性
      • 1.2.2 負極バインダーへの要求特性
      • 1.2.3 固体電解質層バインダーへの要求特性
  • 2.固体電解質によって異なる要求特性
    • 2.1 硫化物系固体電解質のバインダー
    • 2.2 酸化物系固体電解質のバインダー
    • 2.3 樹脂系固体電解質のバインダー
  • 3.他の電池系のバインダー
    • 3.1 金属硫黄電池のバインダー
    • 3.2 金属空気電池のバインダー
    • 3.3 ナトリウムイオン電池のバインダー
第3節 リチウムイオン二次電池正極用水系バインダーの最前線
  • 1.正極用バインダーの種類と特徴
  • 2.正極用水系バインダーによる高電位下での寿命特性改善
  • 3.正極用水系バインダーによる優れたサイクル特性の実現
第4節 リチウムイオン電池負極バインダーの過去、現状、未来
  • 1.電極用バインダーの役割
    • 1.1 プロセス材料としての役割
    • 1.2 電池構成部材としての役割
  • 2.負極バインダー
    • 2.1 負極バインダーの役割
    • 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 水系負極バインダーの高機能化
      • 2.4.1 サイクル特性向上
      • 2.4.2 低抵抗化
第5節 負極用高分子バインダー材料の合理的分子設計戦略
  • 1.BIAN (ビスイミノアセナフテン) 型共役系高分子バインダー
  • 2.高分子化イオン液体バインダー
  • 3.シリコン系負極用自己修復型高分子バインダー
第6節 ゴム硫黄系正極材料に適したバインダと集電体の検討
  • 1.ゴム硫黄系正極材料の合成
  • 2.ゴム硫黄系正極用バインダ検討
  • 3.ゴム硫黄系正極用集電体の検討
  • 4.ゴム硫黄系/一酸化ケイ素 (SiO) 全電池の温度特性
  • 5.ゴム硫黄系/SiO電池の60℃, 5C率充放電試験
  • 6.ゴム硫黄系/SiO電池の釘刺し試験
第7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7章 導電助剤,電池用機能性炭素材料とその応用

第1節 リチウムイオン電池に用いられる導電性カーボンブラック
  • 1.導電性カーボンブラックとは?
    • 1.1 導電性カーボンブラックの構造
    • 1.2 導電性発現機構
    • 1.3 導電性カーボンブラックの種類とケッチェンブラックの構造・特徴
  • 2.導電性カーボンブラックのニューパワーソースへの応用
    • 2.1 リチウムイオン電池分野
    • 2.2 その他のニューパワーソース分野 (電気二重層キャパシタ) への応用
第2節 次世代リチウムイオン電池向け材料としての長尺多層カーボンナノチューブの可能性
  • 1.電池材料としての多層長尺カーボンナノチューブ
    • 1.1.CNTの特徴・製造方法
    • 1.2 長尺多層CNTの仕様
  • 2.多層長尺CNTの分散液の加工について
    • 2.1 多層長尺CNTの分散
    • 2.2 分散剤・分散溶媒の選定
    • 2.3 LiB向け分散液と分散法および分散機
    • 2.4 湿式微粒化法による分散液加工
  • 3.リチウムイオン電池負極への適用
    • 3.1 Si系負極に対する多層長尺カーボンナノチューブの効果の検討
    • 3.2 負極材への配合とコイン電池による評価例
    • 3.3 負極材への適用のまとめと考察
  • 4.正極 (マンガン酸リチウム) への適用
    • 4.1 カーボンナノチューブの正極への適用の経緯
    • 4.2 集電体とCNTの界面の問題
    • 4.3 長尺CNT接触によるマンガン酸リチウムによる反応過電圧の低減の可能性
第3節 TUBALL単層カーボンナノチューブ?リチウムイオン電池への展開
  • 1.負極への展開
  • 2.正極への展開
第4節 リチウムイオン二次電池用「グラフェン分散液」の開発と添加効果
  • 1.ADEKAのグラフェン分散液
  • 2.グラフェン分散液のLIB用正極への適用効果 ~レート特性の改善~
  • 3.グラフェン分散液のLIB用正極への適用効果 ~低抵抗化~
  • 4.グラフェン分散液のLIB用正極への適用効果 ~3 Ahフルセル評価~
  • 5.グラフェン分散液のLIB用負極への適用効果
第5節 新しい「球状カーボン材料」の特性とリチウムイオン電池材料としての可能性
  • 1.実験方法
    • 1.1 試料の合成
    • 1.2 試料の分析
    • 1.3 電気化学的測定
  • 2.実験結果と考察
第6節 硫黄修飾グラフェンの合成とバッテリー部材への応用
  • 1.一般的な硫黄修飾グラフェンの合成
    • 1.1 酸化グラフェンへの含硫黄官能基の化学修飾
    • 1.2 含硫黄有機化合物を用いた高温での合成
    • 1.3 ハイブリッド型の高温合成
  • 2.硫黄修飾グラフェンのバッテリー応用
    • 2.1 リチウムイオンバッテリーの負極材料
    • 2.2 ナトリウムイオンバッテリーの負極材料
    • 2.3 カリウムイオンバッテリーの負極材料
    • 2.4 金属酸化物クラスターとの複合体とリチウムイオンバッテリーの正極材料

第8章 電池用セパレーターの構造,設計,高耐熱化,劣化防止による安全性向上

第1節 リチウムイオン電池セパレータの現状と今後の課題について
  • 1.LIB用セパレータの種類と製法
    • 1.1 不織布/特殊紙
    • 1.2 微多孔膜
      • 1.2.1 ポリオレフィン湿式法・乾式法
      • 1.2.2 溶液キャスト法
      • 1.2.3 微多孔膜の多層化
      • 1.2.4 コーティングによる多層化
  • 2.電池性能・安全性とセパレータ物性
  • 3.LIBの技術開発動向
    • 3.1 LIB高容量化・高エネルギー密度化/低コスト化・LiFePO4 (LFP) の正極回帰
    • 3.2 LIB高レート (大電流放電) 化・急速充電化
    • 3.3 電池セル形状の大判化
    • 3.4 LIBの新製法・新構造セル
  • 4.LIB用セパレータの課題とその技術開発動向
    • 4.1 LIB高エネルギー密度化関連
      • 4.1.1 セパレータの薄膜・高強度化 (物理的内部短絡抑制)
      • 4.1.2 セパレータの厚み方向の圧縮性コントロール
      • 4.1.3 セパレータの耐酸化性
    • 4.2 LIB高レート (大電流放電) 化・急速充電化関連
      • 4.2.1 セパレータの高透過性化
    • 4.3 LIB高安全化・高寿命化関連
      • 4.3.1 セパレータの低シャットダウン温度化
      • 4.3.2 セパレータの高メルトダウン温度化1 (共押出技術を用いた多層化)
      • 4.3.3 セパレータの高メルトダウン温度化2 (コーティング技術を用いた多層化)
      • 4.3.4 セパレータの高メルトダウン温度化3 (その他)
      • 4.3.5 電気化学的内部短絡 (金属デンドライト成長) 抑制
    • 4.4 大判化セル対応 (電極への接着性付与)
    • 4.5 その他
      • 4.5.1 セパレータの濡れ性
      • 4.5.2 次世代電池向け
第2節 リチウムイオン電池の高安全化に寄与するポリオレフィン微多孔膜セパレータの最新技術
  • 1.ポリオレフィン微多孔膜の種類と製法
    • 1.1 湿式法
      • 1.1.1 湿式二成分法
      • 1.1.2 湿式三成分法
    • 1.2 乾式法
    • 1.3 多層微多孔膜
  • 2. ポリオレフィン微多孔膜の物性・特性
    • 2.1 細孔構造と透過性
    • 2.2 機械的強度
    • 2.3 熱寸法安定性
    • 2.4 シャットダウン温度・メルトダウン (熱破膜) 温度
  • 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 LIB高エネルギー密度化に向けた微多孔膜の薄膜・高強度化 (物理的内部短絡抑制)
    • 4.2 LIB高レート (大電流放電) 化・急速充電化に向けた微多孔膜の高透過性化
    • 4.3 LIB高安全化・高寿命化関連
      • 4.3.1 低シャットダウン温度化
      • 4.3.2 共押出技術を用いた多層微多孔膜による高メルトダウン (熱破膜) 温度化
      • 4.3.3 微多孔膜の架橋による高MD温度化
      • 4.3.4 電気化学的内部短絡 (金属デンドライト成長) 抑制
    • 4.4 その他
第3節 ポリエチレン微多孔膜セパレータへのコーティングによる機能付与
  • 1.耐熱層コートポリエチレン微多孔膜
  • 2.ドライ接着層コートポリエチレン微多孔膜
  • 3.ウェット接着層コートポリエチレン微多孔膜
  • 4.電解液含浸性向上
第4節 セルロースナノファイバーの切断およびブロック共重合反応による分散性向上
  • 1.セルロースの機械的破壊により生成するラジカル種
    • 1.1 バクテリアセルロース (BC) の機械的破壊により生成するラジカル種
    • 1.2 微結晶セルロース (MCC) の機械的破壊により生成するラジカル種
  • 2.セルロースの機械的破壊によって生成するイオン種
    • 2.1 MCCの機械的破壊によって生成するイオン
  • 3.ラジカル重合によるセルロースブロック共重合体の合成
    • 3.1 ラジカル重合によるBC-PMMAブロック共重合体 (BC-b-PMMA) の合成
    • 3.2 ラジカル重合によるMCC-PMMAブロック共重合体 (MCC-b-PMMA) の合成
  • 4.カチオン重合によるMCC-PIBVEブロック共重合体 (MCC-b-PIBVE) の合成
第5節 不織布セパレータについて
  • 1.不織布セパレータのリチウムイオン電池への適用
  • 2.不織布セパレータの製法および特徴
第6節 塗工タイプの不織布セパレータと安全性について
  • 1.セパレータによる安全性対策
  • 2.セパレータの安全性評価方法
    • 2.1 セパレータ単体での評価
    • 2.2 実際の電池での評価
    • 2.3 模擬電池系での評価

第9章 電池周辺部材とその安全対策-断熱,難燃化,製造プロセス,他-

第1節 EV車用各種電池の火災炎上の最近の動向とCarbon neutral等の環境問題を配慮した対策と提言
  • 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
  • 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2節 リチウムイオン電池における熱処理/乾燥技術
  • 1.電極材料 (粉体) の焼成工程
    • 1.1 焼成炉と搬送機構
    • 1.2 焼成プロファイル
    • 1.3 焼成炉のコンタミ対策
  • 2.電極用スラリーの乾燥工程
    • 2.1 乾燥工程および乾燥炉の概要
    • 2.2 近赤外線の乾燥工程への利用
      • 2.2.1 概要
      • 2.2.2 波長制御ヒータ
      • 2.2.3 絶乾工程への適用
  • 3.まとめと今後に向けて
第3節 Si負極活物質層の導電性と安全性
  • 1.Liドープ量とSi活物質層の抵抗率
  • 2.Si系負極の導電率と釘刺し安全性
第4節 リチウムイオン電池用断熱材とその可能性について
  • 1.リチウムイオン電池用断熱材とその可能性について
    • 1.1 どの部分に断熱材が使われるか?
    • 1.2 特許情報から見た技術トレンド
    • 1.3 阿波製紙の断熱材について
    • 1.4 断熱材の課題と今後の可能性について
第5節 相変化材料 (Phase Change Material) を用いたリチウム電池の冷却・放熱について
  • 1.本報告の内容
  • 2.実験装置および実験方法について
  • 3.実験結果と考察
    • 3.1 LiB一枚短絡実験
    • 3.2 LiB二枚短絡実験
    • 3.3 低融点PCMを用いた実験
    • 3.4 強制空冷実験

第10章 ~イオン液体や特殊な構造の材料など~新素材の蓄電池部材への応用

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

~室温イオン液体を用いる電解質の設計と今後の展望~

  • 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2節 新規パーフルオロアニオンが拓くゼロソルベント電解質
  • 1.パーフルオロアニオンとゼロソルベント電解
  • 2.リチウム中低温溶融塩
  • 3.柔粘性イオン結晶
第3節 構成要素の立体的特徴に着目した柔粘性イオン結晶 (プラスチッククリスタル) の開発とイオン伝導性
  • 1.環状構造を有するスルホニルアミドアニオンN (SO2CF2CF2) 2CF2? (CPFSAアニオン) について
  • 2.CPFSAアニオンを用いた柔粘性イオン結晶の合成
  • 3.単結晶X線構造解析
  • 4.粉末X線回折測定 (XRD) と示査走査型熱量測定 (DSC)
  • 5.柔粘性イオン結晶[N (CH3) n (CH2CH3) 4-n][CPFSA] (n = 1, 2) の固体状態におけるイオン伝導性
  • 6.[N (CH3) (CH2CH3) 3][CPFSA]へのLiCPFSAドープによるリチウムイオン伝導性の発現
第4節 柔粘性イオン結晶を用いたリチウム二次電池の開発
  • 1.リチウムイオン伝導体
    • 1.1 ピロリジニウムカチオン
    • 1.2 窒素カチオン系
    • 1.3 ホスホニウムカチオン
  • 2.IPC/高分子複合体
  • 3.リチウム二次電池
    • 3.1 プレコンディショニングプロセス
    • 3.2 充放電試験
第5節 MOF (Metal Organic Framework) , PCP (porous Coordination Polymer) の二次電池への応用について
第6節 髪の毛サイズの超微細リチウム電池の開発とそのマテリアルの性質
  • 1.シリコン基板埋め込み型リチウム二次電池
    • 1.1 髪の毛サイズの超微細リチウム電池
      • 1.1.1 VLSI技術によるシリコン基板加工
      • 1.1.2 加工済みシリコン基板への全固体リチウム電池層埋め込み
      • 1.1.3 髪の毛サイズの超微細リチウム電池の動作特性
    • 1.2 300μm×300μmサイズのリチウムフリー全固体リチウム電池
      • 1.2.1 リチウムフリー全固体リチウム電池層の埋め込み
      • 1.2.2 300μm×300μmサイズの全固体リチウム電池の動作特性
  • 2.電池動作に伴う正負極表面のモフォロジー変化
    • 2.1 髪の毛サイズの超微細リチウム電池の負極表面のモフォロジー変化
    • 2.2 スピネル型LiMn2O4正極表面のモフォロジー変化

第11章 ~空気,多価イオン,レドックスなど~ 次世代蓄電池の開発と求められる材料技術

第1節 硫黄変性ポリアクリロニトリル (SPAN) の開発とリチウム-硫黄二次電池への適用
  • 1.硫黄系活物質
  • 2.硫黄変性ポリアクリロニトリル:Sulfurized Polyacrylonitrile (SPAN)
  • 3.ADEKAのSPAN
  • 4.Li-SへのSPAN適用 (SPAN正極/Li金属負極電池)
  • 5.軽量Li-Sへの挑戦
第2節 リチウム硫黄電池の研究開発とその可能性
  • 1.リチウム硫黄電池
  • 2.金属酸化物-硫黄複合電極
  • 3.金属硫化物-硫黄複合電極
  • 4.金属炭化物-硫黄複合電極
第3節 リチウム空気二次電池の開発とも求められる材料技術
  • 1.高エネルギー密度なリチウム空気電池セルの開発
  • 2.多孔性カーボン正極材料
  • 3.電解液
    • 3.1 正極反応効率を高める電解液材料の開発指針
    • 3.2 負極反応効率を高める電解液材料の開発指針
    • 3.3 正極・負極双方の反応効率を両立する電解液設計
  • 4.金属リチウム負極材料
第4節 レドックスメディエータの高効率利用によるLi空気電池の充電過電圧の低減とサイクル寿命の向上
  • 1.非水系LABの作動原理と課題
  • 2.レドックスメディエータ (RM) の利用
  • 3.RM塗工空気極の開発
第5節 マクロポーラスカーボンの合成とリチウム空気電池用電極材への応用
  • 1.液相プロセスを利用したマクロポーラスカーボン材料の合成
    • 1.1 三次元構造なしのMOF
    • 1.2 テンプレートの作製
    • 1.3 三次元構造ありのMOF
    • 1.4 カーボン材料の作製
    • 1.5. 材料の特性評価
    • 1.6 リチウム空気電池の特性評価
  • 2.合成したMOFおよびカーボン材料の特性評価
第6節 ペロブスカイト系酸化物を用いた空気極触媒について
  • 1.亜鉛・空気電池
    • 1.1 亜鉛・空気電池の電極反応
    • 1.2 亜鉛・空気電池の正極反応
  • 2.ペロブスカイト系酸化物触媒の正極反応
  • 3.ペロブスカイト系酸化物触媒の正極反応の反応機構
第7節 メソポーラス構造を有する酸化物の合成と亜鉛空気電池の正極特性
  • 1.亜鉛—空気電池の空気極の課題
  • 2.メソポーラスLa (Ca) CoO3系酸化物の合成と空気極特性7)
  • 3.今後の課題と展望
第8節 金属空気電池に用いる高分散担持金属酸化物ナノ粒子触媒
  • 1.空気電池用触媒
  • 2.触媒の分散方法
  • 3.ペロブスカイト型酸化物触媒の低エネルギービーズミル法による分散
第9節 マグネシウム二次電池の特徴と実用化への課題
  • 1.マグネシウム二次電池の特徴
  • 2.エネルギー密度の向上へ向けた課題
  • 3.マグネシウム二次電池電解質と全電池
  • 4.マグネシウム二次電池正極の課題
  • 5.高容量マグネシウム二次電池正極材料の設計
  • 6.入出力向上の取り組み
第10節 マグネシウム蓄電池正極材料バナジウム酸化物の開発
  • 1. 実験方法
    • 1.1 正極活物質の合成
  • 2 結果および考察
    • 2.1 バナジウム酸化物のキャラクタリゼーション
    • 2.2 電位窓の確認
    • 2.3 バナジウム酸化物のCV
    • 2.4 バナジウム酸化物-Mg合金の充放電曲線
第11節 マグネシウム二次電池用電解質の開発動向
  • 1.リチウムイオン二次電池を取り巻く環境とマグネシウム二次電池
  • 2.マグネシウム二次電池用電解質の開発動向
    • 2.1 マグネシウム金属負極
    • 2.2 多量体系電解液
    • 2.3 解離系電解液
      • 2.3.1 Mg (TFSA) 2/グライム電解液
      • 2.3.2 Mg (TFSA) 2/グライム電解液におけるMg析出溶解挙動の改善例
      • 2.3.3 ホウ素骨格を有する新規Mg塩
    • 2.4 Mg金属の繰り返し析出溶解挙動の“その場”観察
第12節 固相イオン交換法による正スピネル型マグネシウム遷移金属酸化物の合成と電気化学特性
  • 1.マグネシウムイオン電池 (MgIB) 正極材料
  • 2.スピネル構造
  • 3.スピネル構造における席選択性
  • 4.固相イオン交換法
  • 5.固相イオン交換法によるMgFe2O4 正スピネルの合成
  • 6.固相イオン交換法によるMgCo2O4正スピネルの合成
  • 7.イオン交換 MgM 2O4 試料 (M = Fe, Co) の電気化学特性
第13節 ナトリウムイオン電池用合金系負極材料の創製
  • 1.合金系負極材料の特長と課題
  • 2.Sb系合金の調製と充放電反応機構
  • 3.InSb電極の高性能化の要因
第14節 有機レドックスフロー電池の最近の動向
  • 1.レドックスフロー電池
  • 2.レドックスフロー電池の構成と動作原理
  • 3.水系有機レドックスフロー電池
    • 3.1 キノン類
    • 3.2 TEMPO、MVなど
    • 3.3 分子集積型ビオローゲンの利用
第15節 レドックスフロー電池の高出力密度化に向けた電極材料技術
  • 1.レドックスフロー電池の仕組みと特徴
  • 2.再生可能エネルギーと連係したレドックスフロー電池の活用場面と課題
  • 3.レドックスフロー電池の電極材料表面の高機能化
第16節 高性能有機薄膜太陽電池の開発を目指したフェナセン系高性能半導体ポリマーの合成
  • 1.フェナセン系分子を主骨格とする半導体ポリマーの開発
    • 1.1 フェナントロジチオフェン (PDT) -ジケトピロロピロール (DPP) 系ポリマーの開発
    • 1.2 フェナントロジチオフェン (PDT) -イソインジゴ (IID) 系ポリマーの開発
      • 1.2.1 可溶性側鎖の長さや形状が薄膜構造および太陽電池特性に及ぼす影響
      • 1.2.2 分子量が薄膜構造および太陽電池特性に及ぼす影響
      • 1.2.3 可溶性側鎖の置換位置が薄膜構造および太陽電池特性に及ぼす影響
    • 1.3 フェナントロジチオフェン (PDT) -ベンゾチアジアゾール (BT) 系ポリマーの開発
      • 1.3.1 フェナントロジチオフェン (PDT) -ベンゾチアジアゾール (BT) 系ポリマーの合成と有機薄膜太陽電池への応用
      • 1.3.2 新たな可溶性側鎖の導入による分子配向の制御
      • 1.3.3 フェナントロジチオフェン (PDT) -ベンゾオキサジアゾール (BO) 系ポリマーの開発:分子配向の保持と開放電圧
第16節 有機系太陽電池を利用した環境発電と蓄電技術
  • 1.エネルギーハーベストデバイスに求められるもの
  • 2.色素増感太陽電池による光エネルギー捕集
  • 3.高性能ペロブスカイト太陽電池への期待
第17節 太陽光で充電可能な燃料電池の開発
  • 1.光で充電できる燃料電池
  • 2.キノンの光水素化反応の水素源その1 (アルコール)
  • 3.キノンの光水素化反応の水素源その2 (セルロース)
  • 4.AQDSによるセルロースからの光水素引き抜き反応
  • 5.フルセルの動作確認
第18節 「温度差」だけで充電可能な新しい電池とそのマテリアルについて
  • 1.熱化学電池の原理
  • 2.開発中の熱化学電池とその材料

第12章 電気二重層キャパシタに関する材料技術とその展望

第1節 電気自動車への応用に向けた大容量グラフェンキャパシタ用材料の開発
  • 1.グラフェン材料の基礎プロセス開発
  • 2.グラフェン/カーボンナノチューブ複合材料の量産基盤技術開発
  • 3.グラフェン/カーボンナノチューブ複合材料の開発目標
  • 4.グラフェン/カーボンナノチューブ複合材料を使った車載用次世代キャパシタの可能性
第2節 CNTをマトリックスとした新規構造の電極材と電気二重層キャパシタ等への適用
  • 1.二つのナノ材料 カーボンナノチューブとセルロースナノファイバー
    • 1.1 カーボンナノチューブ
    • 1.2 セルロースナノファイバー
  • 2.CNT/CeNF複合材シートの作製
    • 2.1 混合分散液
    • 2.2 複合材シートの形成
    • 2.3 CeNFの燃焼除去によるCNTシートの作製
  • 3.CNT/CeNFを用いた新規構造電極材
    • 3.1 CNT/CeNF/電極活物質複合材の作製
    • 3.2 CeNFの燃焼処理によるCNT/電極活物質複合材の作製
    • 3.3 CNT/電極活物質複合材の電気二重層キャパシタへの適用
第3節 電動パワーステアリング用補助電源システムに向けた高耐熱リチウムイオンキャパシタの開発
  • 1.電動パワーステアリング用多機能電源システム
    • 1.1 コンセプト
    • 1.2 構成および概要
    • 1.3 回路動作
    • 1.4 高出力化の効果
    • 1.5 電源バックアップ効果
    • 1.6 実用化に向けた課題
  • 2.リチウムイオンキャパシタの特徴,技術課題と改善事項
    • 2.1 構造・特徴
    • 2.2 動作温度範囲外における劣化現象の把握
    • 2.3 改善事項
  • 3.効果確認
    • 3.1 リチウムイオンキャパシタの製作 (一般品・開発品)
    • 3.2 耐熱性
    • 3.3 大電流充放電特性
    • 3.4 低温特性
    • 3.5 自己放電特性
第4節 未利用地域資源を用いたキャパシタ材料の開発と可能性について
  • 1.尿素熱分解によるアンモニアと二酸化炭素の調査
  • 2. 活性炭作製
  • 3. 細孔構造分析
  • 4.活性炭の有機元素分析
  • 5.ラマンスペクトル解析
  • 6.表面官能基測定
  • 7. 静電容量測定
  • 8.長期サイクル充放電試験

第13章 電池材料のリサイクル技術,リサイクル素材の利用について

第1節 植物由来材料の浸出剤を用いたリチウムイオン電池湿式リサイクル技術の開発
  • 1.大気圧有機酸浸出
    • 1.1 クエン酸
    • 1.2 グリシン
    • 1.3 シュウ酸
    • 1.4 有機酸混合系
      • 1.4.1 クエン酸とサリチル酸との混合酸系
      • 1.4.2 クエン酸とエチレングリコール混合系
  • 2.水熱有機酸浸出
    • 2.1 水熱反応
    • 2.2 クエン酸
    • 2.3 グリシン
    • 2.4 シュウ酸
  • 3.連続水熱酸浸出
    • 3.1 クエン酸
    • 3.2 グリシン
  • 4.水熱酸浸出の反応速度論
    • 4.1 クエン酸
    • 4.2 グリシン
第2節 使用済みリチウムイオン電池 からのCo,Ni,Mn,Liなどの有価金属の回収とその経済性
  • 1.緒言
  • 2.現状把握
    • 2.1 二次電池
    • 2.2 一次資源を原料とする従来プロセス
    • 2.3 使用済二次電池のリサイクル会社
    • 2.4 包括的なフローシート
  • 3.技術的実現可能性調査
    • 3.1 概念設計
    • 3.2 詳細設計
  • 4.提案製造プロセス
    • 4.1 フローチャート
    • 4.2 原料と生成物の測定
  • 5.展望展望
    • 5.1 冶金-IoT
    • 5.2 経済的実現可能性調査
  • 6.結言
第3節 世界のEV化の動向と電池に関する新たな課題
  • 1.世界のEV化の動向
    • 1.1 世界全体の動き
    • 1.2 中国市場の動き
  • 2.電池に関する新たな課題
    • 2.1 車電分離
    • 2.2 リユース・リサイクル

第14章 マテリアルズ・インフォマティクスや計算科学を用いた電池材料探索について

第1節 マテリアルズインフォマティクスを活用した有機電極活物質の探索
  • 1.実験研究者との相性を追究したMI
    • 1.1 小規模データに対するMIの必要性
    • 1.2 小規模データに対する実験主導MI
  • 2.リチウムイオン二次電池有機負極活物質の探索
    • 2.1 有機電極活物質の分子設計の指針
    • 2.2 小規模データセットの作成と学習
    • 2.3 予測モデルを用いた未知な有機負極活物質の探索と実験的な最適化
  • 3.リチウムイオン二次電池有機正極活物質の探索
    • 3.1 有機電極活物質の分子設計の指針
    • 3.2 小規模データセットの作成と学習
    • 3.3 予測モデルの精度検証
第2節 リチウムイオン二次電池正極材料開発のための第一原理マテリアルズ・インフォマティクス
  • 1.LIB 正極材料開発の課題とMI
    • 1.1 大気劣化機序の計算科学的解明
      • 1.1.1 大気中暴露に起因するレート特性の劣化現象
      • 1.1.2 拡散現象の計算科学:第一原理遷移状態計算
      • 1.1.3 LNO/LHNO 中のリチウム拡散:ハイスループット計算
    • 1.2 放電プロファイルの高速算定
      • 1.2.1 放電プロファイル算定方法
      • 1.2.2 機械学習を援用したクラスター展開
      • 1.2.3 放電プロファイルの元素置換依存性
    • 1.3 元素置換によるサイクル特性改善
      • 1.3.1 サイクル特性の計算科学
      • 1.3.2 ベイズ最適化
      • 1.3.3 2元素置換によるサイクル特性改善

第15章 自動車分野における蓄電池への期待

第1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
第2節 EVパワーステーションとエネルギーマネジメント技術とその可能性
  • 1.V2Hシステムの概要
    • 1.1 V2Hシステムの機能
    • 1.2 V2Hシステムの歴史
  • 2.V2Hシステムの適用の広がり
    • 2.1 ゼロエネルギーハウスの実現
    • 2.2 エネルギーの移送
    • 2.3 V2HシステムとEVによるVPPの可能性
  • 3.V2Hシステムを用いたエネルギーマネジメント
    • 3.1 家庭におけるEMS (Energy Management System、エネルギーマネジメントシステム)
    • 3.2 事業者がめざすEMS
    • 3.3 地域EMSの展望
    • 3.4 広域EMSに期待すること
第3節 車載電池のグローバル競争と循環型社会に向けた日本の課題
  • 1.自動車業界に課せられている環境規制
  • 2.電池業界の動向と戦略
    • 2.1 電池産業に対する国・地域の政策
    • 2.2 日系電池業界の動向と戦略
    • 2.3 グローバル市場で存在感を示す韓国勢
  • 3.車載電池用部材業界の現状と課題
  • 4.車載用電池の安全性・信頼性確保に関するビジネスモデル
    • 4.1 安全性・信頼性確保のプロセス
    • 4.2 受託試験ビジネスと認証事業による開発効率向上
    • 4.3 安全に対する高い開発基準をもつ日本勢
  • 5.次世代革新電池研究の現状と展望

執筆者

  • LIB技術アドバイザー&コンサルタント 中島薫
  • 渡辺春夫技術士事務所 渡辺春夫
  • ATTACCATO (同) 向井孝志
  • 神奈川大学 松本太
  • 愛知工業大学 森田靖
  • 株式会社 ポリチオン 上町裕史
  • テイカ 株式会社 薬研地祐也
  • 関西学院大学 吉川浩史
  • 東京都立大学 金村聖志
  • 株式会社 水素パワー 武内正隆
  • (国研) 産業技術総合研究所 秋本順二
  • (国研) 物質・材料研究機構 太田鳴海
  • 名古屋大学 大町遼
  • 株式会社 ADEKA 撹上健二
  • 東京工芸大学 南部典稔
  • 森田化学工業 株式会社 堀尾博英
  • 株式会社 日本触媒 岡田出穂
  • 株式会社 日本触媒 勝山裕大
  • 株式会社 日本触媒 平田和久
  • (国研) 物質・材料研究機構 高田和典
  • 東北大学 河底秀幸
  • 冨士色素 株式会社 森良平
  • 株式会社 オハラ 印田靖
  • 長崎大学 山田博俊
  • 東邦チタニウム 株式会社 堺英樹
  • 九州大学 猪石篤
  • 旭化成 株式会社 橋本康博
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体裁・ページ数

A4判 738ページ

ISBNコード

978-4-86104-885-2

発行年月

2022年6月

販売元

tech-seminar.jp

価格

80,000円 (税別) / 88,000円 (税込)

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