監修

吉野彰、佐藤登

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目次

【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