【第I編 総論】
第1章 リチウムイオン電池の安全性に関する一考察
1 はじめに
2 車載用リチウムイオン電池の市場動向
3 安全性に関する技術進歩
3.1 無機物層表面被覆
3.2 Thermal Runaway抑制技術の進歩
3.3 固体電解質電池の登場
4 安全性向上に関する今後の展開方向
第2章 車載用リチウムイオン電池の安全性概論
1 自動車業界間に課せられる環境規制と各社のビジネスモデル
2 欧州勢を中心としたEV動向と各社戦略
3 群雄割拠となるEVワールド
4 電池業界の動向と戦略
4.1 自動車業界と一体化した日本の電池業界
4.2 日韓電池業界の今後の課題
5 車載用電池の信頼性・安全性確保に関するビジネスモデル
5.1 各種電池の事故・リコールの歴史
5.2 受託試験ビジネスと認証事業による開発効率向上
6 日本の部材各社のビジネスモデル
7 次世代革新電池研究から電池事業ビジネスモデルまで
【第Ⅱ編 リチウムイオン電池の高安全化技術】
第3章 安全性の現状、課題と向上策
1 はじめに
2 リチウムイオン電池の市場トラブル例
2.1 事故原因の解析と対策品の安全性
2.2 電池の複数社調達(供給)
2.3 液漏れの課題
3 リチウムイオン電池の安全性評価の基本的な考え方
4 リチウムイオン電池の安全性試験
4.1 重要試験項目
4.2 内部短絡試験
5 完全放電状態の電池の熱暴走
6 まとめと今後の展開
第4章 安全、高出入力、長寿命性能に優れたチタン酸リチウム負極系二次電池
1 諸言
2 電池性能と安全性の課題
3 基本性能と安全性
3.1 LTO粒子のLi吸蔵・放出反応の速度論
3.2 LTO負極系二次電池の特長
3.3 安全技術
3.4 高出力型LTO/LMO系セル
3.5 高エネルギー型LTO/NCM系セル
4 今後の展望
第5章 電池制御システムによる高安全化技術
1 まえがき
2 電池制御アーキテクチャ
2.1 電池制御回路
2.2 電池制御専用IC
2.3 均等化回路
3 電池制御ソフト
3.1 ソフト構成
3.2 電池制御パラメータの定義
3.2.1 SOC
3.2.2 SOH
3.2.3 許容電流(電力)
4 高安全、高信頼システム
4.1 漏電検出
4.2 フェールセーフ
5 むすび
【第Ⅲ編 電池材料から見た安全性への取り組み】
第6章 電気自動車用リチウムイオン電池
1 はじめに
2 車載用LIBのセル設計
3 車載用LIBの材料構成
4 高性能化へ向けた材料開発の進展
5 安全性の視点からの考察
6 おわりに
第7章 正極活物質用非鉄金属原料確保の必要性
1 BEV伸長には非鉄金属原料確保が必須
2 ニッケルは大丈夫か?
3 BEV向け正極活物質用ニッケルをさらに確保するために
3.1 ニッケル資源の新規開発
3.2 電気ニッケルの使用
3.3 リサイクル推進
4 コバルトは危機的状態
5 コバルト対策は?
5.1 新規ニッケル鉱山開発からのバイプロダクトに期待
5.2 コバルト使用量の削減
5.2.1 NCAの優位性
5.2.2 LFPはコバルトを使用しないという点が魅力
5.2.3 PHV、HEVとの共存
6 マンガンは心配いらない
7 ここ数年間、リチウムは供給タイト
7.1 Big4の動向
7.2 新興勢力
8 おわりに
第8章 負極材料
1 はじめに:昭和電工の黒鉛系Liイオン二次電池(LIB)関連材料紹介
2 炭素系LIB負極材料の開発状況
2.1 LIB負極材料の種類と代表特性
2.2 LIB要求項目
2.3 各種炭素系LIB負極材料の特性
3 人造黒鉛負極材のサイクル寿命、保存特性、入出力特性の改善
3.1 人造黒鉛SCMG®-ARの特徴
3.2 人造黒鉛SCMG®(AGr)、表面コート天然黒鉛(NGr)の耐久試験後の解析
3.3 人造黒鉛SCMG®の急速充放電性(入出力特性)改良
3.4 人造黒鉛SCMG®のさらなる高容量化:Si黒鉛複合負極材の開発
4 VGCF®のLIB負極用導電助剤としての状況
第9章 電解質系
1 はじめに
2 中国における電気自動車と電解質の市場動向
3 電解質の種類
3.1 LiPF6
3.2 LiBF4
3.3 LiTFSI
3.4 LiFSI
3.5 LiPO2F2
4 電解質に対する顧客の要求
5 中国における原材料調達
6 車載用の電池と電解質
7 電解質の安全性について
8 中国における電池及び電解質事業の実態
9 北米及び欧州における電池及び電池材料
10 電気自動車市場の真実
11 まとめ
第10章 セパレータ
1 はじめに
2 ポリオレフィン微多孔膜とシャットダウン機能
3 耐熱加工ポリオレフィン微多孔膜
4 不織布セパレータ
5 接着層加工ポリオレフィン微多孔膜
6 おわりに
第11章 高エネルギー密度・高入出力化に向けたセパレータ材料の安全性への取り組み
1 リチウムイオン二次電池とその動向
1.1 リチウムイオン二次電池の登場
1.2 LIBのセル種とその用途拡大
1.3 LIBの高エネルギー密度化と高入出力化
2 LIBセパレータの役割
2.1 第1の役割「極板間の電子的絶縁性」
2.2 第2の役割「極板間のイオン伝導性」
2.3 第3の役割「LIB長期寿命への寄与」
2.4 第4の役割「高LIB安全化への寄与」
3 LIBセパレータの製造プロセス
4 LIBセパレータの製品設計
4.1 高エネルギー密度化・高入出力密度化に向けた製品設計
4.2 高安全化に向けた製品設計
5 LIBセパレータの技術動向
5.1 高強度化/薄膜化、圧縮性制御(機械的性質関連)
5.2 シャットダウン(閉孔)の低温化
5.3 熱破膜(メルトダウン)の高温化
5.4 高電圧化対応
5.4.1 セパレータ表面の酸化現象
5.4.2 セパレータの酸化抑制
5.5 細孔構造制御
5.6 その他技術動向
6 次世代に向けて
6.1 デンドライト成長検出技術
6.2 評価技術の高度化
7 最後に
第12章 機能性バインダー
1 はじめに
2 リチウムイオン二次電池用機能性バインダー
3 負極用バインダー
3.1 車載用負極バインダーに求められる特性
3.2 長期繰り返し使用における電極の膨らみへの対応
3.3 シリコン系活物質への対応
4 セパレータ関連材料
4.1 LIB内への耐熱層の導入
4.2 セパレータの耐熱収縮性向上
4.3 セラミック層の配置場所による比較
5 おわりに
第13章 パッケージングの技術と電池の安全性
1 DNPバッテリーパウチの歴史
2 バッテリーパウチの安全性
3 製品へ要求される性能
3.1 成形性
3.2 耐電解液性
3.3 水蒸気バリア性
3.4 気密性
3.5 絶縁性
3.6 耐熱性/耐寒性
4 ラミネートフィルム生産工程と品質
5 電池評価技術
6 バッテリーパウチの課題
【第Ⅳ編 リチウムイオン電池の解析事例】
第14章 リチウムイオン電池の高温耐久性と安定性
1 はじめに
2 電池特性評価
3 サイクル試験による特性変化および解析
3.1 サイクル試験による特性変化と電気化学的解析
3.2 電極評価・解析
4 Mg置換による(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の安定化
5 まとめ
第15章 リチウムイオン電池の高性能化に向けた分析評価技術
1 はじめに
2 電極構造の数値化
2.1 概要
2.2 電極内の空隙構造
2.3 導電助剤分散・導電性ネットワーク
2.4 バインダの偏在・剥離強度
3 三次元空隙ネットワーク解析によるリチウムイオン電池電極の評価法
3.1 概要
3.2 実験方法
3.3 結果と考察
4 充放電中の電極活物質の構造変化を知るためのその場分析
4.1 概要
4.2 低温下におけるリチウムイオン電池のin situ分析
4.2.1 概要
4.2.2 実験方法
4.2.3 結果と考察
4.3 電極断面のRamanイメージング
4.3.1 概要
4.3.2 実験方法
4.3.3 結果と考察
5 複合的分析手法によるLIB劣化原因の解析
5.1 概要
5.2 実験方法
5.3 結果と考察
6 まとめ
【第Ⅴ編 安全性評価技術】
第16章 自動車メーカーから見る安全性評価技術
1 はじめに
2 車両に搭載される電池の特徴
3 車両に搭載される電池の安全性
4 各国の安全性評価基準
4.1 SAE J2464
4.1.1 一般試験指針
4.1.2 有害物監視
4.1.3 機械的試験
4.1.4 熱的非定常試験
4.1.5 電気的非定常試験
4.2 GB/T 31485-2015
4.2.1 GB/T 31485-2015セル安全試験
4.2.2 GB/T 31485–2015電池モジュール安全試験
4.2.3 UN R100 Part2
4.3 UN38.3
5 車両搭載電池の安全性における今後の展望
第17章 次世代自動車におけるリチウムイオン二次電池の使い方と評価
1 はじめに
2 電動車両と蓄電デバイス
3 電動車両向け蓄電システムの出力/容量比
4 車種ごとに異なる使い方とマネージメント
4.1 BEV(電気自動車)
4.1.1 充放電パターン
4.1.2 REESSのエネルギマネージメント(BEV)
4.2 HEV(ハイブリッド自動車)
4.2.1 充放電パターン
4.2.2 REESSのエネルギマネージメント(HEV)
4.3 PHEV(プラグインハイブリッド自動車)
4.3.1 充放電パターン
4.3.2 REESSのエネルギマネージメント(PHEV)
5 電池劣化の車両への影響
6 自動車用蓄電デバイスの評価
6.1 REESSの試験標準
6.1.1 ISO12405-1
6.1.2 ISO12405-2
6.1.3 ISO12405-3
6.2 REESSの安全性基準
6.3 その他の評価試験
7 終わりに
第18章 安全性評価の認証
1 はじめに
2 安全性評価の重要性
3 国連協定規則
4 UN ECE R100.02 PartⅡについて
5 UN ECE R100.02 PartⅡの安全性試験
5.1 Vibration(振動)[附則8A]
5.2 Thermal shock and cycling(熱衝撃およびサイクル試験)[附則8B]
5.3 Mechanical shock(メカニカルショック)[附則8C]
5.4 Mechanical integrity(メカニカルインテグリティー)[附則8D]
5.5 Fire resistance(耐火性)[附則8E]
5.6 External short circuit protection(外部短絡保護)[附則8F]
5.7 Overcharge protection(過充電保護)[附則8G]
5.8 Over-discharge protection(過放電保護)[附則8H]
5.9 Over-temperature protection(過昇温保護)[附則8I]
6 認可取得までのプロセス
7 おわりに
第19章 安全性評価の受託
1 はじめに
2 外部短絡試験における温度依存性の検証
2.1 自動車用二次電池の安全性試験における新たな技術課題
2.2 環境温度を考慮した安全性試験の現状
2.3 環境温度を制御した外部短絡試験の事例
2.4 試験結果と考察
2.5 その他
3 圧壊試験における圧壊方法の検証
3.1 試験条件・治具の違いの検証事例
3.2 試験結果と考察
4 失活処理のノウハウ
4.1 試験後の失活処理が必要なケース
4.2 失活方法事例
4.2.1 エネルギー放出系
4.2.2 破壊系
4.3 失活方法の選択例
5 おわりに
第20章 安全性評価の受託試験機能
1 はじめに
2 受託試験機関の目的、必要性
3 受託試験機関の状況
4 受託試験の概要
5 安全性評価試験の実施例
5.1 安全性評価試験設備
5.2 安全性試験時の発生ガス分析
5.2.1 発生ガスの回収および分析手法
5.2.2 過充電試験時のリアルタイム発生ガス分析
5.3 リチウムイオン電池の安全性試験シミュレーション
6 おわりに
【第Ⅵ編 次世代電池技術】
第21章 全固体電池
1 はじめに
2 無機固体電解質の特性
3 全固体電池の作動特性
4 おわりに
第22章 車載用次世代電池としての全固体電池の展望
1 はじめに
2 ポストリチウムイオン電池
3 全固体電池
4 三井金属における硫化物系全固体電池材料の開発
5 硫化物系固体電解質
6 硫化物系全固体電池の電池特性
7 硫化物系全固体電池の展望
8 層状正極を用いた全固体電池の高充電圧電池特性
9 高電位正極LNMOを用いた全固体電池の高充電圧電池特性
10 全固体電池の特長を活かしたシリコン負極の電池特性
11 おわりに
【第Ⅶ編 リサイクル】
第23章 リチウムイオン電池のリサイクル技術
1 はじめに
2 加熱プロセスにおけるCo等の形態変化
3 物理選別によるCo成分の濃縮
4 おわりに
【第Ⅷ編 市場展望】
第24章 リチウムイオン電池及び部材市場の現状と将来展望
1 概要
2 車載用LiB市場動向
3 主要四部材動向
4 正極材動向
5 負極材
6 電解液
7 セパレーター
8 LiB用主要四部材国別動向
9 今後の展望
