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リチウムイオン二次電池 評価 書籍

No.1583

 
★ なぜ評価結果が安定しないのか? 同じ材料なのにどうして性能に差が出る?
★ EV(電気自動車)に求められる電池の評価・試験法を収録!

自動車用途へ向けた
リチウムイオン二次電池/材料

発熱挙動・劣化評価試験方法

発 刊 2011年1月末   体 裁 B5判359頁(上製本)   定 価 80,000(税抜)


■ 本書のポイント(こんな疑問、問題点に迫ります)

測定・評価結果を材料開発へフィードバックするために!
 材料評価に適した試作電池の作り方・考え方とは
 電池メーカー、活物質メーカーが明かす、再現性を高める測定条件設定法
 材料の特性を100%「使いこなす」ために押さえておくべきポイント
 思い通りの測定結果が出ない、、、どこを見直すことが重要なのか
 電池の解体法と解体例を掲載!そこからどう材料分析を行うのか!
 正確なデータを出し、それを読み取るためのインピーダンス測定

車載用途へ向けた電池に求められる安全性とは?
 基準のない大型電池、、、電池メーカーの評価事例に学ぶ要求安全性!
 車載用電池の大敵、「熱」を引き起こす因子とは? その抑制法は?
  EV実用化のキーポイントである急速充電時の発熱状態の解明
  現在の安全性の規制動向と今後の展開は?

電池寿命を正確に把握するための劣化メカニズム・評価
 どこから劣化し、何が原因なのか、、、劣化要因の特定法
      〜発生するガス・煙・析出物・不純物・電極材溶出・熱問題〜
 電池寿命のカギを握る、電解液の分析事例と劣化メカニズム
 正確な寿命評価のための放電深度設定のポイントとは?
 劣化メカニズムの事例から読み取る長寿命化への対応策とは?
 経時変化による劣化の分析事例を詳解! 

EV用電池の加速試験法・条件設定法とは
 EV搭載時の安全性・耐久性を満たすを試験法・条件とは?         
      〜結露試験・熱試験・機械試験・温度環境試験・可燃性分析〜
 EV用電池の加速試験で合否判定の指針とは?
  加速劣化試験後の電池測定結果・事例を紹介

■ 執筆者【敬称略】

(独)産業技術総合研究所
(独)産業技術総合研究所
横浜国立大学
日産自動車(株)
佐賀大学
(株)田中化学研究所
滋賀県立大学
日産自動車(株)
東京農工大学
(独)産業技術総合研究所
首都大学東京
東京工業大学
(独)産業技術総合研究所
(株)UL Japan
(財)材料科学技術振興財団
(財)材料科学技術振興財団
(独)産業技術総合研究所
神奈川大学
(株)田中化学研究所
泉化研(株)
富士重工業(株)
(独)産業技術総合研究所
昭和電工(株)
(独)産業技術総合研究所

秋田 知樹
秋本 順二
荒木 拓人
伊藤 淳史
井上 大誠
今泉 純一
乾 義尚
大澤 康彦
小山 昇
蔭山 博之
金村 聖志
菅野 了次
香山 正憲
郡 泰道
黒江 恵美子
午來 隆男
齋藤 喜康
佐藤 祐一
渋谷 英香
菅原 秀一
猿川 知生
竹内 友成
武内 正隆
辰巳 国昭

山形大学
(財)材料科学技術振興財団
(独)産業技術総合研究所
(独)宇宙航空研究開発機構
佐賀大学
(株)永井技術事務所
山形大学
佐賀大学
(株)東レリサーチセンター
エナックス(株)
マイクロ・ビークル・ラボ(株)
       &(株)電源設計
テュフ ラインランド ジャパン(株)

(財)電力中央研究所
岩手大学
長崎大学
群馬大学
岩手大学
(株)KRI
長崎大学
佐賀大学
大阪大学
佐賀大学

立花 和宏
殿川 衛
田渕 光春
内藤 均
中村 博吉
永井 愛作
仁科 辰夫
野口 英行
林 栄治
藤崎 隆支

松尾 博
マルセル・
  プリカーツ
三田 裕一
明 承澤
森口 勇
森本 英行
八代 仁
矢田 静邦
山田 博俊
芳尾 眞幸
吉川 純
吉田 心

 
■ 目 次 

§ 第1章 性能評価と製造プロセス §

第1節 リチウムイオン電池の性能評価における諸前提
                   (材料、プロセスおよび性能評価などの関連)
 1.電池の評価をする前に -製造プロセスと性能の関連性-
 2.リチウムイオン二次電池性能評価における
                 考え方と電極設計の重要性
 3.活物質の粒径が電池性能に与える影響
 4.バインダー・スラリーの調整が電池性能に与える影響
 5.電極の乾燥過程・状態が電池へ与える影響
 6.リチウム二次電池の性能評価の標準化
 7.材料の論文値が示す値と結果の乖離の理由


第2節 電極の塗布・乾燥過程が電池へ与える影響とは
 1.電極製造プロセス
 2.電極の内部構造
 3.スラリーの調製
 4.塗布工程
 5.乾燥工程
 6.まとめ


第3節 リチウムイオン二次電池性能評価における考え方と電極設計の重要性
 1.電極の構造
 2.電極の製法(塗布法とシート法)
 3.電極の四重要物性の評価


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§ 第2章 性能評価の標準化 §

第1節  リチウムイオン電池の性能評価の標準化における注意点
 1.電池の内部抵抗を分解して考える
 2.活物質の反応速度を測定するための集電体は何が良いのか?
  2-1 正極活物質の反応速度
  2-2 負極活物質の反応速度
 3.活物質量と炭素導電助剤量の関係は?
 4.電解液のイオン伝導の影響

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§ 第3章 容量および出力の評価事例・方法 §

第1節 インピーダンス測定でわかることわからないこと
 1.時間t、電流I、電圧V
  1-1 電気量とファラデーの電気分解の法則
  1-2 非直線抵抗と系の非線形性
  1-3 電解質溶液の抵抗率(導電率)の測定への応用
 2.電気化学セル、表面積、断面積、電極間距離
  2-1 電解質溶液の抵抗率(導電率)の測定の電気化学セル
  2-2 電流密度、電界の強さ、導電率、誘電率−バルクの物性値−
  2-3 界面抵抗と微分容量−界面の特性値−
 3.電池とインピーダンス
  3-1 電池の起電力と過電圧
  3-2 電池の容量と静電容量


第2節 リチウムイオン二次電池電極のインピーダンス測定とその評価
 1.酸化鉄負極の作製および評価用電気化学セルの作製
  1-1 負極の作製
  1-2 評価用電気化学セル
  1-3 直流法を用いた電気化学的評価方法
  1-4 交流法による電気化学セルの評価
 2.直流法を用いて評価した酸化鉄負極の特性
  2-1 定電流充放電特性
  2-2 サイクリックボルタンメトリー法による電極材料の酸化還元挙動
 3.交流インピーダンスの特性評価
  3-1 酸化鉄負極を用いたリチウム二次電池の交流インピーダンス法測定
  3-2 直流分極法と交流インピーダンス法によって得られた評価結果の比較


第3節 負極および正極パラメータ・特性の評価
 1.インピーダンス、充放電曲線、およびサイクリックボルタモグラム測定とは
 2.負極開発動向とパラメータ評価
  2-1 粉体パラメータ
  2-2 塗料(スラリー)パラメータ
  2-3 電極パラメータ
  2-4 電気化学的評価
  2-5 その他の評価
 3.正極開発動向とパラメータ評価
  3-1 正極のインピーダンス関連パラメータ
  3-2 ACIS測定の例
 4.大容量電池性能のパラメータ評価
  4-1 電池セル・モジュール・パックの内部抵抗・出力評価
  4-2 電動車両用電池の等価回路と性能パラメータの評価方法の一例
  4-3 進展が期待されるインピーダンス測定法


第4節 各種正極材料の特徴と性能評価
 1.リチウム二次電池の正極材料
 2.正極材料の展開
 3.将来に向けての展開
 4.自動車用や系統連系用電池のための電極材料開発


第5節 コバルトフリー正極活物質の評価 −充放電機構解明に向けた取り組み−
 1.鉄置換Li2MnO3の充放電機構解明に向けた最初の取り組み
         (鉄置換Li2MnO3の発見経緯と鉄およびマンガンイオンの
                              充放電時の価数変化について)
 2.鉄置換Li2MnO3の充放電機構解明に向けた最近の取り組み
  2-1 鉄置換Li2MnO3の複合構造とその解釈
  2-2 鉄置換Li2MnO3の初期充放電機構の解釈


第6節 リチウム過剰層状マンガン系材料
 1. 固溶体系相図と合成試料の組成
 2.結晶学的特徴
 3.電気化学特性
 4.高電圧充電時の溶媒の分解
 5.充放電中の構造変化


第7節 低次元からの電極材料 構造制御と性能
 1.ナノ構造体の作製
  1-1 ナノ粒子
  1-2 ナノシート
  1-3 ナノ多孔体
 2.ナノ構造体の電極特性
  2-1 ナノ構造体の出力特性
  2-2 ナノ微粒子の電極特性
   2-2-1 表面相の影響
   2-2-2 相転移挙動の変化
   2-2-3 新規電極反応


第8節 各種負極材料と性能評価
 1.負極材料の種類と電極作成法
  1-1 半電池評価の注意点
  1-2 コイン型電池評価の注意点
  1-3 今回取り上げる負極材の種類と電極作成法
   1-3-1 金属系負極材を用いた電極作成法
   1-3-2 炭素系負極材の電極作成法
   1-3-3 金属酸化物系負極材の電極作成法
   1-3-4 負極材のその他の重要特性
 2.負極材の性能評価法
  2-1 負極材以外の部材に対する理解とその入手の重要性について
   2-1-1 正極の重要性
   2-1-2 セパレータの重要性
   2-1-3 電解液の重要性
   2-1-4 電池試作環境の重要性
  2-2 発生ガス量の測定法
  2-3 3極セル測定法
  2-4 恒温槽使用の重要性と注意点
  2-5 正極と負極の電極面積の違いの重要性
  2-6 各種の電気化学測定法
   2-6-1 サイクル試験の注意点
   2-6-2 パルス充放電法の注意点
   2-6-3 ACインピーダンス法の注意点
  2-7 電池の解体調査の重要性


第9節 黒鉛負極の特徴と評価
 1.はじめに:昭和電工の黒鉛系Liイオン二次電池関連材料紹介
 2.炭素系LIB負極材料の開発状況
  2-1 炭素系LIB負極材料の種類と要求特性
  2-2 炭素材料の高エネルギー密度(高充放電容量)化
   2-2-1 結晶化度の影響
   2-2-2 電極密度の影響
 3.人造黒鉛負極材の長寿命・高負荷電流用途への展開
  3-1 人造黒鉛SCMGR-ARの特徴
  3-2 人造黒鉛の急速充電性改良
 4.SCMGRの今後の展開


第10節 電池特性評価法の開発と製品への応用
 1.負極黒鉛界面機能の制御
 2.負極黒鉛界面の高温特性(SEI膜の安定性の評価方法)
 3.黒鉛負極上への金属リチウムの析出
 4.スピネル構造マンガン酸リチウムのサイクル特性の改善

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§ 第4章 熱および安全性の評価法 §

第1節 リチウムイオン電池の安全性評価方法
 1.UNの安全性評価方法
 2.UN試験結果
 3.過充電試験結果
 4.合否判定の新しい考え方
 5.電池使用上の安全について
 6.弊社紹介


第2節 リチウムイオン二次電池におけるUL規格・適合性評価の動き
 1.リチウムイオン二次電池におけるULの取り組み
  1-1 北米および国内向けの適合性評価
  1-2 UL規格開発
  1-3 適合性評価サービス
 2.リチウムイオン電池規格の要求事項
 3.今後の取り組み


第3節 リチウムイオン電池の過充電時の発熱挙動評価
 1.電池の発熱因子
 2.熱測定
 3.リチウムイオン電池の定電流充放電時の発熱量
 4.リチウムイオン電池の過充電時の発熱量


第4節 リチウムイオン電池の急速充放電時の発熱挙動とその評価
 1.発熱因子とそのメカニズム
 2.熱収支式
 3.吸発熱・放熱因子の測定法
  3-1 過電圧発熱の測定
  3-2 エントロピー変化の測定
  3-3 電池の熱容量
  3-4 電池からの放熱量(平均熱伝達率)
 4.急速充放電時の発熱挙動の測定例と解析モデルの妥当性確認


第5節 ラミネート型電池における安全性評価方法と発熱の挙動
 1.概要
 2.LSB (エナックス製のラミネートシート型リチウムイオン電池)
  2-1 LSBの特徴
  2-2 電動車両向けリチウムイオン電池の開発状況
        (エナックス製のLサイズラミネート型リチウムイオン電池)
 3.エナックス製リチウムイオン電池の応用例
  3-1 車載用リチウムイオンニ次電池の安全性
   3-1-1 電動車両向けリチウムイオン電池の正極材料安全性試験
  3-2 自動車車載用リチウムイオン電池の安全性試験
                   (釘刺し試験および過充電試験)
   3-2-2 釘刺し試験(4.2V満充電)
   3-2-3 3並列組み電池の釘刺し試験
 4.自動車車載用リチウムイオン電池の走行時の発熱の挙動
 5.自動車車載用リチウムイオン電池の発熱対策(エナックス例)
 6.結果と考察
 7.今後の展望


第6節 リチウムイオン二次電池の放電時温度分布の解析法と電池形状による影響
 1.リチウムイオン二次電池の発熱量の推定
 2.リチウムイオン二次電池内温度分布の解析手法
  2-1 円筒型電池の時間依存2次元解析
  2-2 角型電池の時間依存3次元解析
 3.リチウムイオン二次電池内温度分布の放電時過渡上昇の解析結果例
  3-1 円筒型電池の時間依存2次元解析
  3-2 角型電池の時間依存3次元解析

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§ 第5章 電池寿命の評価法 -サイクル特性改善と劣化評価- §

第1節 電池の解体と評価
 1.電池の解体開封
 2.電池活物質などの分析法
 3.電池開封の例―負極
 4.電池開封の例―正極
 5.電解液の分析―NMRとFTIRによる半定量分析


第2節 定電流充放電処理によるサイクル安定化
 1.電池の高容量化
 2.Li2MnO3-LiMO2系 (M = Co, Niなど) 固溶体とは
 3.Li[Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56]O2の充放電特性 2)
 4.段階的充放電前処理法によるサイクル特性の改善3, 9)
 5.通常充放電時の劣化機構


第3節 リチウムイオン電池の長期的サイクル寿命特性評価
 1.宇宙機での二次電池の利用
  1-1 宇宙機での二次電池の運用条件
  1-2 人工衛星の中での電池のおかれる環境
 2. 長期サイクル寿命試験を実施するための条件の設定
  2-1 充放電条件の検討
   2-1-1 放電深度(DOD)
   2-1-2 充電方法
   2-1-3 充電電圧値
   2-1-4 温度
  2-2 試験のコンフィギュレーション
  2-3 その他の評価項目
 3.長期サイクル寿命特性評価
  3-1 実時間評価
   3-1-1 サイクル寿命試験
   3-1-2 電力貯蔵期間の影響
   3-1-3 実時間評価から考察される寿命規制因子
  3-2 加速寿命評価(健全性評価)の考え方
  3-3 寿命予測


第4章 リチウムイオン二次電池環境中における各種金属の耐食性評価
 1.評価対象とされる材料
  1-1 アルミニウム
   1-1-1 なぜ腐食しないか
   1-1-2 どのようなときに腐食するか
   1-1-3 腐食抑制
  1-2 銅
  1-3 その他
 2.耐食性の評価法
  2-1 試験片の状態
  2-2 電気化学的試験
     2-2-1 短絡試験
   2-2-2 動電位分極試験
   2-2-3 電気化学インピーダンス(EIS)
   2-2-4 電気化学的水晶マイクロバランス(EQCM)試験
   2-2-5 その他
  2-3 表面分析
   2-3-1 光電子分光法(XPS)
   2-3-2 飛行時間型二次イオン質量分析(TOF SIMS)


第5節 リチウムイオン二次電池電極材料の劣化評価
 1.リチウムイオン二次電池の開発および評価
  1-1 現状
  1-2 リチウムイオン二次電池の構成材料
  1-3 リチウムイオン二次電池の構成材料から見た劣化に関して
  1-4 リチウムイオン二次電池の取扱環境に関して
 2.材料の劣化の評価:負極/電解液
  2-1 電極劣化の事例紹介:負極表面
   2-1-1 材料、条件等
   2-1-2 負極表面の付着物の観察と化学結合評価
   2-1-3 付着物発生の初期状態について
  2-2 電解液の劣化および反応生成物
  2-3 負極活物質、電解液の劣化と添加剤の効果
 3.電極劣化の事例紹介:正極
  3-1 正極活物質LiCoO2の結晶構造の変化
  3-2 正極活物質LiCoO2の断面観察
 4.MSTの紹介


第6節 機器分析を用いたリチウムイオン電池材料の劣化評価
 1.負極SEI膜の化学分析
 2.負極表面析出物の分析
 3.正極の最表面の分析
 4.電解液の分析

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§ 第6章 電気自動車用電池における評価法と試験方法 §

第1節  電気路上走行自動車におけるリチウムイオンバッテリー試験と評価について
 1.性能試験と寿命試験
  1-1 性能試験
   1-1-1 定電流放電レートにおける充電容量
   1-1-2 出力試験
   1-1-3 エネルギー効率
   1-1-4 自己放電試験
  1-2 寿命試験
     1-2-1 加速カレンダー寿命試験
   1-2-2 BEVのサイクル寿命試験
   1-2-3 結露試験
  1-3 性能及び寿命試験の必要条件のまとめ
 2.信頼性試験と過酷条件試験
  2-1 評価
   2-1-1 視覚評価項目
   2-1-2 放出されたガスや煙の化学物質分析
   2-1-3 可燃性分析
  2-2 機械試験
  2-3 熱試験
  2-4 電気試験


第2節 自動車用リチウムイオン電池の加速寿命試験を用いた寿命推定
 1.外挿法と加速法によるサイクル寿命推定
 2.サイクル寿命特性と保存寿命特性
 3.寿命要因の推定

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