リチウム二次電池 書籍
 
No.1510
 
 
 

★「内外部短絡」「過充電」「劣化」…各種問題点の解明とその対応策!
    「安全」で「長寿命」を実現させるための材料技術と設計テクニック!


リチウム二次電池部材の
高容量・高出力化と安全性向上

High-Capacity, High-Power and enhanced safety fo the lithium secondary battery materials

発刊 2008年12月26日   体裁:B5判 335頁 上製本   定価 80,000円(税抜)
※書籍絶版 オンデマンド版 30,000円(税抜)   (上製本ではありません)

■ 本書のポイント

正極活物質

・ニッケル,マンガンなどの材料理論から微粒子化による高出力化まで
・低コスト化・環境規制対策と安全性向上のための方法とは?

負極活物質

・合金,シリコンなどの基礎材料から量子計算化学を用いた材料設計の最適化まで
・高容量・長寿命化と安全性向上のための方法とは?

電解質

・無機固体,ポリマーなどによる難燃化や計算化学による材料設計の高効率化まで
・電解質における導電率・安全性の向上 のための方法とは?

集電体

・アルミニウム箔と銅箔,それぞれの表面処理・加工技術のノウハウを伝授!
・集電体/電極活物質一体化加工技術による高性能化とは?

セパレータ

・一流の企業が語る!
・高性能化と低コスト化さらには安全性向上を可能にする技術とは?


他にも

→過充電対策
→電極/電解質界面の制御
→ナノテクノロジーの応用
→製造プロセスの最適化
→部材の安全性評価
→リサイクル技術
→ハイブリッド車の市場動向     など

リチウム二次電池に必要な知識が詰まった一冊!

■ 執筆者(敬称略)

NTT先端技術総合研究所
NTT先端技術総合研究所
NTT先端技術総合研究所
佐賀大学
(財)高温高圧流体技術研究所
(財)高温高圧流体技術研究所
(財)高温高圧流体技術研究所
鳥取大学
鳥取大学
佐賀大学
松江工業高等専門学校
東北大学
(独)産業技術総合研究所
(独)物質・材料研究機構
山口大学
荒井 創
林 政彦
高橋 雅也
野口 英行
湯 衛平
馮 旗
大井 健太
坂口 裕樹
飯田 貴久
芳尾 真幸
鈴木 純二
松本 高利
栄部 比夏里
高田 和典
堤 宏守

九州大学
九州大学
東洋アルミニウム(株)
福田金属箔粉工業(株)
福田金属箔粉工業(株)
東燃化学(株)
東燃化学(株)
東燃化学(株)
群馬大学
山形大学
(独)産業技術総合研究所
名古屋工業大学
(株)東レリサーチセンター
エナックス(株)
首都大学東京
(株)野村総合研究所

園田 高明
竹内 宗孝
多田 裕志
高見 正人
和田 仁
山田 一博
山口 総一郎
滝田 耕太郎
鳶島 真一
立花 和宏
本間 格
川崎 晋司
廣中 俊也
小池 哲夫
金村 聖志
風間 智英

■ 目  次
第1章 正極活物質の低コスト化・環境規制対策と安全性向上

第1節 ニッケル系正極材料の要求特性・性能評価

1.無置換ニッケル酸リチウムLiNiO2
2.コバルト置換ニッケル酸リチウム
3.コバルト以外の元素で置換したニッケル酸リチウム
4.マンガン置換ニッケル酸リチウム
 4−1 LiNi0.5Mn0.5O2
 4−2 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2
 4−3 Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2
5.ニッケル酸リチウム周辺技術
6.LiNiO2系以外のニッケル系電極材料

第2節 マンガン系正極材料の要求特性・性能評価

1.マンガンスピネル系正極材料
 1−1 スピネルLiMnO系化合物の非化学量論性
 1−2 金属イオン置換と容量
 1−3 マンガンスピネルの充放電メカニズム
 1−4 スピネル化合物からのマンガン溶解と比表面積
 1−5 マンガンスピネルの佐賀大方式合成法
2.層状系マンガン含有正極材料
 2−1 Li(Ni1-x-yMnxCoy)O2の課題
 2−2 LiCoO2-Li2MnO3固溶体相
 2−3 高マンガン含有固溶体相の特性

第3節 正極材料の高出力化対策

1.電池反応と律速過程
2.高出力化のための正極材料の設計
 2−1 拡散速度
 2−2 微粒子化
 2−3 電気伝導性の向上
 2−4 活物質溶出の抑制
3.微粒子化法の利点と欠点
4.複合正極活物質の作製方法と特性
5.正極活物質粒子形状の制御

第2章 負極活物質の高容量・長寿命化と安全性向上

第1節 リチウム貯蔵金属・合金厚膜電極の創製と二次電池負極特性

1.リチウム貯蔵金属・合金厚膜電極の作製
 1−1 めっき法
 1−2 気相法
 1−3 ガスデポジション(GD)法
2.リチウム貯蔵金属・合金厚膜電極の負極特性
 2−1 ケイ素系負極
 2−2 ゲルマニウム系負極
 2−3 スズ系負極
 2−4 コンポジット負極
3.リチウム貯蔵金属・合金厚膜電極を用いた電池の性能

第2節 シリコン系負極電極による高容量化と電池特性

1.金属系負極材料の開発
2.シリコン系LIB用負極材料の開発
3.Si/Gr複合化物の最適化
4.シリコン薄膜電極と合金系負極

第3節 Siを用いた負極材の高容量・高性能化

1.新規負極材としてのSiの優位点・課題点
2.実用化に向けての動向
3.Si蒸着膜のLi吸蔵・放出特性
 3−1 Si粉体・SiWaferのLi吸蔵・放出特性
 3−2 Si蒸着膜のLi吸蔵・放出特性
 3−3 Si蒸着膜への導電性の付与
4.Si蒸着膜の厚膜化
 4−1 基板金属の種類とSi蒸着膜のLi吸蔵・放出特性
 4−2 基板の粗面化とSi蒸着膜のLi吸蔵・放出特性
 4−3 Si蒸着膜の厚膜化とLi吸蔵・放出速度
5.Si蒸着膜中のLi移動速度

第4節 量子化学計算を用いたリチウムイオン2次電池負極材料の設計と高性能化

1.計算方法
2.モデル炭素材料上でのリチウムイオンの挙動
3.電子移動によるエネルギー損失が少ない炭素骨格の探索
4.炭素材料へのリチウム挿入について

第3章 電解質における導電率・安全性の向上

第1節 リチウム二次電池用電解質の難燃化技術

1.リチウム系電池の安全性について
2.難燃化の取り組み
  2−1 無機固体電解質
  2−2 高分子固体電解質
  2−3 難燃化液体電解質
3.イオン液体を用いた難燃性向上の可能性

第2節 無機固体電解質を用いたリチウム二次電池の高性能化

1.無機固体電解質電池の特徴
2.リチウムイオン伝導性無機固体電解質
3.固体電解質リチウム二次電池のエネルギー密度
4.固体電解質リチウム二次電池の出力密度

第3節 ポリマー電解質を用いたリチウム二次電池の高性能化

1.ポリマー電解質の基礎と分類
2.各グループに含まれるポリマー電解質における研究動向
 2−1 真性ポリマー電解質における研究動向
  2−1−1 形状が直鎖状でない高分子化合物をマトリックスに用いた例
  2−1−2 生分解性高分子などを用いた例
  2−1−3 新しい化学構造を有する高分子化合物を用いた例
 2−2 第2グループに含まれるポリマー電解質の研究動向
  2−2−1 イオン伝導性やリチウムイオンの輸率の改善などを目的とした添加剤の例
  2−2−2 ポリマー電解質の難燃化を目的とした添加剤の例
 2−3 第5グループに含まれるポリマー電解質の研究動向
 2−4 既存の高分子材料などを用い調製方法を工夫した例
 2−5 新規な塩を用いたポリマー電解質の例
 2−6 イオン液体を含むポリマー電解質に関する研究動向
3.電極/ポリマー電解質界面の特徴とその改善
 3−1 電極/ポリマー電解質界面の構造と特徴
 3−2 電極/ポリマー電解質界面を改善する試み

第4節 計算化学を用いたリチウム二次電池電解質の設計と高性能化

1.電解液溶媒と電解質アニオンの分子構造と電気化学特性
 1−1 溶媒の気相リチウムイオン塩基性度,プロトン酸の気相酸性度,
      アニオンの耐酸化性,リチウム塩の会合度
 1−2 LiPF6の熱分解及び加水分解機構
 1−3 溶媒の還元的分解とSEI形成
 1−4 グラファイト負極へのリチウムイオンの挿入反応
 1−5 各種電解液のイオン伝導特性のMDシミュレーション解析
 1−6 電解液中での接触イオン対生成の自由エネルギー
2.今後の展望

第4章 集電体の材料選択と加工技術

第1節 電極・集電体材料(アルミニウム箔)の表面処理と要求特性

1.アルミニウム箔電極・集電体の製造方法
 1−1 アルミニウム箔の製造工程
 1−2 アルミニウム箔圧延と表面形状
 1−3 アルミニウム箔の合金組成と調質
2.リチウムイオン電池正極集電材料に要求される特性
 2−1 機械的特性からの材料選択
 2−2 耐電解液特性からの材料選択
 2−3 耐久性(充放電サイクル特性)からの材料選択
  2−3−1 下地処理(プライマーコート)
  2−3−2 粗化処理(機械処理・化学処理・電気化学処理)
 2−4 電気・電気化学特性からの材料選択
  2−4−1 孔開け加工(機械加工・エッチング加工)
  2−4−2 アルミカーバイド処理

第2節 リチウム二次電池用集電体の特性と集電体/電極活物質一体化加工技術

1.リチウム二次電池集電体(銅箔)の物性
2.高性能銅箔作製へのアプローチ
3.集電体/電極活物質一体化加工技術
 3−1 Sn系めっき電極
 3−2 Si系薄膜電極
 3−3 ガスデポジション電極

第5章 リチウム二次電池用セパレータの特性と高性能化技術

1.バッテリーセパレータの機能
2.PEバッテリーセパレータ製品
3.共押出技術を用いた次世代バッテリーセパレータ
 3−1 特殊ポリオレフィンを用いた共押出技術
 3−2 共押出多層セパレータの構造
 3−3 共押出多層セパレータの特性
 3−4 共押出多層セパレータの熱的特性
 3−5 共押出多層セパレータの電気化学的特性
 3−6 高出力LIBの出力向上
 3−7 共押出多層セパレータのまとめ

第6章 リチウム二次電池部材における安全性向上・高効率化へのアプローチ

第1節 リチウム二次電池の安全性確保と過充電対策

1.市販リチウムイオン電池の安全性確保策
2. 非安全時の電池の挙動
3. リチウムイオン電池の市場トラブルの例
4. リチウムイオン電池の今後の展開
5. 過充電防止剤の検討結果
 5−1 過充電防止剤の必要性
 5−2 実験
  5−2−1 酸化電位の測定
  5−2−2 充放電効率の測定
 5−3 結果と考察
  5−3−1 電池の過充電試験
  5−3−2 過充電防止剤としての芳香族化合物の検討
  5−3−3 過充電防止剤としての窒素および非金属典型元素を含む芳香族化合物の検討

第2節 電極−電解質界面のメカニズムとその制御方法

1.リチウム二次電池の構成
2.電極界面と電池性能を支配する要素
 2−1 電池の電圧と電極の電位を決定する要素
 2−2 電気量(電池容量)を決定する要素
 2−3 電極に存在する経路と電流を決定する要素
 2−4 界面とバルク
3.電極界面
 3−1 集電体|電解液
 3−2 集電体|導電助材
 3−3 導電助材|導電助材
 3−4 活物質|導電助材・電解液
 3−5 導電助材|電解液

第3節 ナノテクノロジーのリチウム二次電池材料への応用

1.ナノ結晶活物質の合成と高速充放電特性

第4節 カーボンナノチューブのリチウム二次電池電極への応用

1.市販のナノチューブは大丈夫?
2.ナノチューブの電極性能
3.化学修飾による可逆容量の増加
 3−1 Li貯蔵サイト
 3−2 開口・閉口SWCNTへの電気化学Liドーピング
 3−3 C60ピーポッドのLi貯蔵能
 3−4 さまざまな有機分子内包SWCNTのLi貯蔵能
  3−4−1 有機分子のチューブ内への挿入実験
  3−4−2 内包SWCNT試料のLi貯蔵

第7章 リチウム二次電池の製造プロセス・品質管理


第1節 電気自動車用高性能リチウムイオンバッテリの開発


1.電気自動車の現状
2.電気自動車用リチウムイオンバッテリに要求される事項
3.リチウムイオンバッテリの開発
 3−1 高エネルギ密度及び高入出力密度の両立
 3−2 長寿命化
 3−3 安全性
 3−4 バッテリマネージメント
  3−4−1 セル容量バランサ機能
  3−4−2 過充放電保護機能
  3−4−3 通信機能
4.リチウムイオンバッテリの開発状況
 4−1 入出力密度とエネルギ密度の現状
 4−2 長寿命化の現状
 4−3 セル容量バランサ機能の現状
 4−4 安全性の現状

第2節 リチウムイオン電池のリサイクル

1.リチウムイオン電池のリサイクル規制
2.リチウムイオン電池の環境への影響
3.リチウムイオン電池の部材
4.リサイクル資源の可能性
5.リサイクル資源プロセスの例
6.リチウムイオン電池の再生
7.リサイクルを考えた電池の構造

第3節 リチウム二次電池部材の劣化解析および評価法

1.正極の構造解析・劣化解析手法
2.負極の構造解析・劣化解析手法
3.SEIの分析手法
4.電解液の分析手法
5.セル中に発生したガスの分析手法

第8章 自動車用リチウム電池の市場インパクト

1.民生用LIB市場の現状と展望
2.次世代自動車市場と開発動向
 2−1 HEVの多様化
 2−2 次世代自動車の開発
 2−3 プラグインHEV (PHEV)
 2−4 燃料電池自動車(FCV)
 2−5 EV
3.自動車向け電池市場の展望と既存LIB市場へのインパクト
 3−1 各自動車メーカのHEV販売目標
 3−2 HEV用電池市場の試算
 3−3 既存LIB市場に対するインパクト
4.電池メーカに求められること
 4−1 コストの低減
 4−2 軽量・コンパクト化
 4−3 安全性・タフさ・寿命
5.HEV用LIBの共同開発
 5−1 日系自動車メーカと日系電池メーカによる合弁会社設立
 5−2 海外自動車メーカと電池メーカによる技術提携
 5−3 海外Tier1サプライヤと電池メーカとの共同開発

 

 電池 カーエレクトロニクス