サマリー

はじめに

進歩編においては、第7章から第14章に分けて、リチウムイオン電池の正・負極材と部材の最近の進歩を中心に扱いたい。既に基礎編においても、左記の正極材などの基本的な事項は、電池製造工程との関係も含めて説明した。上記の正・負極材の特性向上などは、電池の製造工程には直接は関係しないので、基礎編の変更は原則としてない。 　本編の後半では、電池の外装型式の多様化や、品質保証と原材料のサプライ・チェーンの課題も取り上げた。2022の現在、EVシフトとの関連で電池の技術と市場は大きな変革期にある。とは言え、工業製品である電池は、安定した生産と品質保証が不可欠である。EVの発火事故や、汎用電池のトラブルなど、結果を急ぎすぎた“ツケ”Penaltyが随所に見られる。

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■　調査・執筆：菅原 秀一
■　編集発行：(株)シーエムシー･リサーチ

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目次

第7章　全固体電池など次世代電池の開発　
7.1　全固体リチウムイオン電池の構成
　7.1.1　液系電解液（質）から全固体電解質
　7.1.2　固体粒子間のLi＋移動、模式図
　7.1.3　固体粒子間の接触界面、模式図
7.2　固体電解質の種類と特性値
　7.2.1　固体電解質と比較物質の特性
　7.2.2　電解質のイオン伝導度（デバイス値）
　7.2.3　固体電解質のサプライ、日本
7.3　EVなど自動車用の全固体電池の開発
　7.3.1　NEDOの全固体電池ロードマップ
　7.3.2　トヨタ自動車㈱の全固体電池への取り組み2017－2018
　7.3.3　自動車用全固体電池、開発情報～2021/1Q
　7.3.4　自動車用全固体電池、開発情報(2)発売時期一覧
7.4　昇温域における全固体電池の可能性
　7.4.1　熱制御型PHV/HV全固体電池システム
　7.4.2　ダイムラーHVの電池配置と冷却方法（2005）
　7.4.3　電解質のイオン伝導度（理化学値）
　7.4.4　電解質のイオン伝導度（デバイス値）、LLZ固体電解質
　7.4.5　固体電解質の温度と電池の機能モデル
7.5　EV用全固体電池のシナリオ
　7.5.1　EV用リチウムイオン電池、シナリオ＃1
　7.5.2　EV用リチウムイオン電池、シナリオ＃2
　7.5.3　EV用リチウムイオン電池、シナリオ＃3
7.6　パラダイムシフト、電解液系から固体電解質系へ
　7.6.1　全固体リチウムイオン・セルへの期待
　7.6.2　パラダイムシフト　電解液系から固体電解質へ
　　
第8章　正極材の高性能化と選択　
A．正極材の現状、EVを中心とした選択
　8.1　製品電池の正極材と比容量2016－2017
　8.2　EV用電池の正極材の実用例
　8.3　日産自動車のEV電池技術
　8.4　ニッケル、コバルト系正極材のコストと性能
B．正極材の理論容量と実用容量
　8.5　正極材の遷移元素
　8.6　正極材の容量とセルの比容量モデル
　8.7　正極材の理論容量（Fafaday則）とパラメーター
　8.8　単元 LFPLi FePO4
　8.9　単元 LCO LiCoO2
　8.10　単元 LNO LiNiO2
　8.11　単元 LNO LiNiO2(2)
　8.12　単元 スピネル結晶 s-LMO LiMn2O4
C．製品正極材の定格電圧と放電容量
　8.13　EV電池用正極材の比較と選定
　8.14　電池メーカーでの正極材評価
　8.15　（参考）正極材製品の放電容量(1)
　8.16　（参考資料）正極材製品の放電容量(2)
　8.17　製品正極材の放電容量（3）20Ahセル
D．二元系と三元系の化学組成と位置付け（Ah、Wh）
　8.18　NCA 二元系の組成とmAh/g容量（データ）
　8.19　NMC 三元系正極材の元素組成と表記
　8.20　NMC 三元系正極材の位置付、AhとWh
　8.21　NMC Li（Ni1/3Mn1/3Co1/3）O2(1)
　8.22　NMC Li（Ni1/3Mn1/3Co1/3）O2(2)
E．工業製品の特性事例　2021
　8.23　二元系正極材製品の特性事例
　8.24　三元系正極材製品の特性事例
　　
第9章　負極材の高性能化と選択　
A．炭素・黒鉛系負極材の特性と比容量
　9.1　炭素・黒鉛系負極材の特性（数値は代表例）
　9.2　実用・リチウムイオン電池の負極材(1)
　9.3　実用・リチウムイオン電池の負極材(2)
　9.4　炭素..関連産業の原料シーケンス
　9.5　炭素、黒鉛系負極材の熱履歴と真比重
　9.6　炭素、黒鉛系負極材のメーカー
　9.7　負極材の資源、製造、コストと廃棄・回収
B．負極材の粒子形態（モルフォロジー）と異方性
　9.8　ハードカーボンの「クラスター」
　9.9　実用・炭素系負極材の特性、粒径と比表面積
　9.10　炭素・黒鉛系負極材の異方性と特性
　9.11　負極材の選択とパワーVS.エネルギー特性
　9.12　負極材の選択とセルの安全性
　9.13　負極材の選択とパワーVS.エネルギー（データ）
C．高容量負極材(1)物理化学的特性
　9.14　各種負極材の理論容量
　9.15　元素の電気伝導度Ω・m
D．高容量負極材(2)充放電特性
　9.16　Si/SiO－C/G系負極材の開発グレードリスト2019
　9.17　高容量負極材の化学式と理論容量
　9.18　AUO社 Si-C Anode ANSY－060
　9.19　負電極層の放電容量mAh/cm3
　9.20　負電極層の放電容量mAh/cm3（データ）
　9.21　SiO/Graphite mixture GSYuasa 2018
E．合金系負極材の諸問題(1)体積変化
　再掲 第2章 図表2.3.33 リチウムイオン電池の構成と電解質溶液1.2Mの分布
　9.22　負極電極層の密度（嵩比重）と空隙率
　9.23　合金系負極材の体積変化と比較（比重）
　9.24　合金系負極材の体積変化と比較（比体積）
F．合金系負極材の諸問題(1)実用容量の決定
　9.25　負極材の理論容量(1)、mAh/gとmAh/cm3
　9.26　負極材の理論容量(2)、Ah容量あたりのg数とcm3数
　9.27　理論容量の計算、/gと/cm3（上）、/Ah（下）
　9.28　合金系負極材のLi化ステップ
　9.29　合金系負極材のLi数と実用域
　9.30　負極材の電位変化vs.Li/Li＋
　　
第10章　セパレータ、バインダーと集電箔など部材の多様化　
A．金属と樹脂材料
　10.1　金属・樹脂材料の供給SC（難易度）
　10.2　金属・樹脂材料の供給SC（一覧）
　10.3　金属・樹脂材料の供給SC、基盤の産業
B．セパレータとバインダー
　10.4　セパレータとバインダーの増産計画、主要メーカー
　10.5　バインダーポリマーの増産計画、主要メーカー
　10.6　セパレータの種類と製法
　10.7　セパレータ面積の試算 EV100万台/年
　　
第11章　電池の外装型式の多様化（円筒、角槽と平板）　
A．電極構造と外装形式の関係
　11.1　セルの構造と熱伝導（放熱）
　11.2　電池（セル）の外装型式と電極板製造
　11.3　大形リチウムイオン電池の外装型式と特性(1)
　11.4　大形リチウムイオン電池の外装型式と特性(2)
　11.5　EV用（単）電池の外装型式、多様性と選択
　11.6　EV用リチウムイオン電池の外装型式とメーカー
　11.7　円筒型電池のAh容量、体積V、表面積SとS/V
B．EV用電池の外装形式と冷却システム
　11.8　日産自動車 LEAF 2019 電池構成
　11.9　日産自動車 LEAF 2019 EVシステム
　11.10　角槽型電池ユニットの間接水冷方式（VW）
　11.11　TESL社 Model-S 85kWh
　　
第12章　品質管理、保証と製品表示　
A．電池の仕様書と定格（電流A、電圧V）値
　12.1　産業用リチウムイオン電池の表示、JIS C 8715-1 2012
　12.2　（単）電池仕様書の項目例
　12.3　定格電圧（10Ahセルの放電特性 0.2C～3.0C）
　12.4　安全領域（充放電の電圧と電流の範囲）
　12.5　特性値などの英文、和文の表現
B．製造と販売における諸課題
　12.6　安全性確保の為の電池の購入方法
　12.7　製品開発と製造における規格要求事項の流れ(1)
　12.8　製品開発と製造における規格要求事項の流れ(2)
C．表示（マーキング）とグローバル・スタンダード
　12.9　CEマーキング（EU地域向け輸出）
　12.10　EU電池指令の化学物質規制
　12.11　認証取得のアイコン(1)ULなどグローバル
　12.12　認証取得のアイコン(2)国別のアイコン
　12.13　電池工業会のマーキングガイドライン
　12.14　（小型）二次電池の表示（マーキング）
　12.15　まとめ、リチウムイオン電池への表示
D．輸送と輸出に関する事項
　12.16　リチウムイオン電池の輸出手順
　12.17　リチウムイオン電池のMSDS事例
　12.18　輸送時の添付資料の事例
　12.19　危険物申請書（JALカーゴ）
　　
第13章　電池の原材料と部材のサプライチェーン　
A．EV用途を中心とする電池製造の背景、2022～2035
　13.1　電池製造の背景、2022
　13.2　リチウムイオン電池の生産、ポジション
　13.3　電池生産スケールとコスト、生産性（模式図）
　13.4　EV電池のサプライチェーンSC、日米中欧韓模式図
B．化学系材料のサプライチェーンSC
　13.5　化学系材料の供給SC（一覧）
　13.6　化学系材料の供給SC、基盤の産業
　13.7　化学系材料の供給SC（難易度）
　13.8　正極材の素原料Co Ni、鉱石＞精錬＞・・＞合成
　13.9　ニッケル系正極材、同前駆体の製造計画(1)
　13.10　ニッケル系正極材、同前駆体の製造計画(2)
　13.11　NCA正極材の製造規模と電池換算GWh
C．廃電池のリサイクルと　EU電池規制2021
　13.12　廃EV電池の発生ルートと諸課題
　13.13　EV等の廃電池の処理と資源リサイクル
　13.14　EU電池規制の概要(1)
　13.15　EU電池規制の概要(2)
　13.16　（引用）電池サプライチェーン協議会の解説、EU電池規則
　13.17　まとめ　SCトラブルへの対処方法
D．資料、元素資源の化学物質
　13.18　元素資源と素原料の重量比（グラフ）
　13.19　元素資源と素原料の重量比（データ）
　　
第14章（追補）コバルトフリー正極材の特性と選択　
A．LFPなどコバルトフリー正極材と電池コストダウンへの取組
　14.1　最近のコバルトフリー正極材の動向、2022/2Q
　14.2　中国におけるLFP正極材の生産、GGII
　14.3　正極材の選択、中国電動自動車(1)　2019/4月
　14.4　正極材の選択と電極バインダーの選定
　14.5　バインダー用ポリマーラテックスの配合例
B．LFP正極リチウムイオン電池の事例と特性
　14.6　LFP鉄リン酸リチウム正極 4Ahセル特性 25℃
　14.7　鉄リン酸リチウム正極セル（4Ah）特性
　14.8　LFP正極のリチウムイオン電池、製品例
　14.9　BYD社のLFP正極材電池とバス
　14.10　エリーパワー㈱の函体収納型LFP正極材電池
　14.11　SAFT社のVL25Fe Cell
C．LFP、LMOなどコバルトフリー正極材の容量特性と課題
　14.12　コバルトフリー正極材の比較（データ）
　14.13　コバルトフリー正極材の比較（Ah）
　14.14　コバルトフリー正極材の比較（Wh）
　14.15　s-LMOの充放電メカニズム（研究引用）
　14.16　TOF-SIMS法による負極表面の解析
　14.17　正極活物質の自己分解開始温度
D．LFPの粒子モルフォロジーと物理特性
　14.18　LFP（リン酸鉄リチウム）の特性例、開発初期2008
　14.19　正極材の粒径と比表面積とモルフォロジー
　14.20　LFPのモルフォロジー
　14.21　正負極材の真比重、T比重、P比重、空隙率％＠P
E．LFPと電極板の電気伝導の問題と解決
　14.22　汎用正極材の電気伝導度
　14.23　LFP鉄リン酸リチウム正極の体積抵抗
　14.24　高機能アルミ箔（表面処理アルミ箔）
　14.25　表面処理アルミ箔の効果
F．まとめ
　14.26　特徴1 メリット
　14.27　特徴2 デメリット

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