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No.1583

 


自動車用途へ向けた

リチウムイオン二次電池/材料の

発熱挙動・劣化評価と試験方法

 
■ 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
佐賀大学
(株)田中化学研究所
滋賀県立大学
東京農工大学
(独)産業技術総合研究所
首都大学東京
(独)産業技術総合研究所
(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
(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
(財)材料科学技術振興財団
(独)産業技術総合研究所
秋田 知樹
秋本 順二
井上 大誠
今泉 純一
乾 義尚
小山 昇
蔭山 博之
金村 聖志
香山 正憲
黒江 恵美子
午來 隆男
齋藤 喜康
渋谷 英香
菅原 秀一
猿川 知生
竹内 友成
武内 正隆
辰巳 国昭
殿川 衛
田渕 光春
(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
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)


岩手大学
長崎大学
岩手大学
(株)KRI
長崎大学
佐賀大学
大阪大学
佐賀大学

内藤 均
中村 博吉
永井 愛作
仁科 辰夫
野口 英行
林 栄治
松尾 博

マルセル・
  プリカーツ

明 承澤
森口 勇
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節は著作権の都合上、掲載しておりません


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


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


第3章 容量および出力の評価事例・方法

第1節は著作権の都合上、掲載しておりません


第2節は著作権の都合上、掲載しておりません



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節は著作権の都合上、掲載しておりません


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


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節は著作権の都合上、掲載しておりません



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節は著作権の都合上、掲載しておりません


第5節は著作権の都合上、掲載しておりません


第6節は著作権の都合上、掲載しておりません

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節は著作権の都合上、掲載しておりません


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

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節は著作権の都合上、掲載しておりません