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「バイポーラ (対局) 構造型電池」および「三次元構造型電池」の設計開発、今後の展望

リチウムイオン電池、全固体電池、その他蓄電池における

「バイポーラ (対局) 構造型電池」および「三次元構造型電池」の設計開発、今後の展望

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開催日

  • 2024年4月17日(水) 10時30分 ～ 16時30分

プログラム

第1部 バイポーラ (対極) 構造型のリチウム 電池・全固体電池の概要・今後の展望

(2024年4月17日 10:30〜13:00) ※途中休憩挟む

　双極子電池は、1.2Vのニッケル水素電池NiMHでは、広く実用化された電池構造である。リチウムイオン電池においては、出力電圧が3.6V付近と高いことと、電池 (セル) 相互の液絡防止が必要なことから実用は遅れていた。最近になって一部の開発プロジェクトで、リチウムイオンの双極子構造が取り入れられた。また従来からの水系電解液の電池、硫酸鉛やNiMHにおいても、効率の高い電池として、新たな取り組みが見られる。
　リチウムイオンの双極子電池は、現状では電池特性に先立ち、材料の選択などがメインであり、ここで概要を取り上げた。生産実績がないだけに、実際のデータに乏しい、単極子セルの経験をベースに、設計・製造への要点を解説する。

  1. 電極構造と電極端子 (新旧の技術系譜)
    1. 電池 (セル) の基本構成
    2. 単極子セルの電極構造
    3. 双極子 (バイポーラー) 型リチウムイオン電池 (セル)
    4. バイポーラーセルの製品事例 (ニッケル水素なども含む)
    5. 双極子 (バイポーラー) セルの構成
    6. 双極子セルと正・負極材の選択
    7. バイポーラー型ニッケル水素電池、PEVE
    8. バイポーラー型NiMHセル
  2. 電極板の塗工方式 (両面と片面)
    1. 双極子 (バイポーラー) セルのユニット
    2. 単極子セルの電極断面図、同極の両面電極層
    3. 電極板の塗工方式 (流れ方向)
    4. 逐次片面方式
    5. 同時両面塗工
    6. 銅箔とアルミ箔の選択
  3. セルの接続 (直列と並列)
    1. 単電池、組電池とシステム
    2. 組電池とシステム
    3. 並列セルの定電圧充電 (4.2V)
    4. 直列セルの定電流充電 (5A)
    5. 単純直列充電におけるセルの過充電
    6. 三直列セルの過充電 (ガス膨張)
    7. 過充電セルの膨張率と特性変化
    8. 過充電セル (膨張) の経過
    9. 均等充電とBMS (公開特許図面)
    10. 放電電圧モデル、双極子vs.単極子
    11. アルミ箔上の鉄リン酸リチウム正極セル特性
  4. 全固体電池と半固体電池との関連資料の紹介
    1. 全樹脂電池
    2. 半固体電池
    3. 双極子 (バイポーラー) セルの可能性
    4. 双極子型全固体電池
  5. 双極子セルの製造方法の紹介
    1. 双極子セルと電解質 (液) の関係
    2. 単極子セルへの電解液の侵入方向
    3. 単極子セルの製造工程との比較
    4. リチウムイオン電池 (セル) の外装型式
    5. ポリマーゲルによる内部短絡回避
    6. PVDFゲル電解液系のイオン伝導度
    7. 双極型電池の製造方法
    8. バイポーラー型全固体電池
    • 質疑応答

第2部 「三次元構造型」でのリチウムイオン電池、 全固体電池とその可能性

(2024年4月17日 14:00〜16:30) ※途中休憩挟む

　電気自動車をはじめとするモビリティー用途においては、動力源に使用されるリチウムイオン電池に大きなエネルギー密度が求められる。また、優れた入出力特性の確保も重要であるが、これらの特性はトレードオフの関係にあるため、同時に実現することが難しい。電池構造を三次元的に設計すれば、この問題は解決可能である。
　本講演では、リチウムイオン電池および全固体電池における構造化技術の効果と可能性について詳しく解説する。

  1. 電池の基本構成
    1. 充放電反応
    2. エネルギー密度
    3. 入出力特性
    4. 構造と各電池特性
  2. 電池構造の三次元的設計
    1. 構造化のメリットと設計指針
    2. テンプレート法によるリチウムイオン電池の電極構造化
    3. 印刷法によるによるリチウムイオン電池の電極構造化
  3. 全固体電池の構造化
    1. 全固体化のメリット
    2. 全固体電池の課題
    3. 固体電解質の構造化
    4. バイポーラ構造の適用
  4. まとめ
    • 質疑応答
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講師

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