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リチウムイオン電池の高安全技術と材料

  • Safety Technologies and Materials for Lithium-ion Batteries
※こちらの書籍は,電子書籍(eBook)として販売をしております。
・価格4,000円(税抜)
丸善販売サイト「Knowledge Worker」にてPDF版販売中!
http://kw.maruzen.co.jp/ims/itemDetail.html?itmCd=1016975226

★ リチウムイオン電池の構成材料を,安全性の観点から議論した初の成書!
★ 安全性を評価するために欠かせない,電池の解析技術についても詳述!
★ 小型電池から大型電池へ。その際に配慮すべきポイントとは!?

商品コード: T0652

  • 監修: 佐藤登・吉野彰
  • 発行日: 2009年2月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判,256ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0070-2

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  • リチウムイオン二次電池,正極・負極,バインダー,電解液,セパレータ,電池の劣化解析,温耐久性および安全性,組電池の安定性挙動,急速充電電池,市場動向

刊行にあたって

 本書はリチウムイオン電池の技術開発を「安全性」というキーワードで監修した。従来の高容量化や高出力化の性能進化も重要であることに違いはないが,これだけ多くのリチウムイオン電池がモバイル用を中心に普及してきた現実と,さらなる大型化が進んでいる中で,「安全性」という電池本来の原点に立ち返った視点での技術開発を見直すというのが本書の主旨である。
 電池全体の安全性に関する原理と事象,そしてリチウムイオン電池に特化した正極,負極,電解液,セパレータの主要構成材料を安全性の観点でとりまとめ,今後の進むべき方向性を示唆している。そして安全性技術を追求する上で欠かせないのが電池の解析技術であり,その分野のエキスパートにも執筆いただいた。さらに小型電池から大型電池への移行に関して,安全性にどれだけの配慮が必要かについても整理した。
 研究開発から社会への貢献という大きな流れを意図しながら,技術開発を目指す視点からはもちろんのこと,それを支える学術的研究の重要性にも言及することで,意義ある書籍として刊行できたものと考える。
(「巻頭言」より一部抜粋)

2009年2月
サムスンSDI株式会社 佐藤 登
旭化成株式会社 吉野 彰

著者一覧

佐藤 登   サムスンSDI(株) 常務取締役 工学博士
吉野 彰   旭化成(株) 吉野研究室 室長 工学博士
荻須謙二   戸田工業(株) Energy Solution Company 常務執行役員・カンパニープレジデント
Kweon Ho-Jin    サムスンSDI(株) 首席研究員 理学博士.
永井愛作   (株)クレハ 炭素・電池材事業本部 本部長補佐 工学修士
清水和彦   (株)クレハ 技術・研究本部 プロセス開発部 工学修士
Kim Sung-Soo   サムスンSDI(株) 首席研究員 工学博士
田中公章   日本ゼオン(株) 機能性材料事業部 取締役執行役員 機能性材料事業部長
新井寿一   エアープロダクツジャパン(株) アジア技術本部 先端技術部 バッテリー技術部長 工学博士
西田哲郎   ステラケミファ(株) 研究部 主任研究員
山田一博   東燃化学(株) バッテリーセパレーター事業部 テクノロジーセンター グローバルテクニカルサービス部 エレクトロニクス用途開発担当部長 工学修士
中村悌二   東燃機能膜合同会社 製造部長 工学博士
藤田 学   (株)東レリサーチセンター 表面科学研究部
青木靖仁   (株)東レリサーチセンター 構造化学研究部 研究員
原田貴弘   (株)東レリサーチセンター 形態科学研究部 研究員
片桐 元   (株)東レリサーチセンター 営業部門 取締役・営業部門長 理学博士
右京良雄   (株)豊田中央研究所 シニアフェロー 工学博士
風間智英   (株)野村総合研究所 グローバル戦略コンサルティング1部 上級コンサルタント
堀江英明   東京大学 人工物工学研究センター 准教授;(兼)日産自動車(株) 電子・電動要素開発本部 EVエネルギー開発 次世代バッテリー研究グループ エキスパートリーダー 工学博士
押谷政彦   (株)ジーエス・ユアサ コーポレーション 常務執行役員 研究開発センター長 工学博士
村田利雄   (株)ジーエス・ユアサ コーポレーション 研究開発センター 第三開発部 部長
藤谷直子   エナックス(株) 米沢研究所 主任研究員
高見則雄   (株)東芝 研究開発センター 技監 工学博士

目次

第1編 各種電池の特性と安全性概論
1. 電気化学反応と電極界面
2. 鉛(Pb-acid)電池
3. ニッケル・カドミウム(Ni-Cd)電池
4. ニッケル・亜鉛(Ni-Zn)電池
5. ニッケル・金属水素化物(Ni-MH)電池
6. リチウムイオン(Liイオン)電池
7. リチウムポリマー(Liポリマー)電池
8. ナトリウム・イオウ(Na-S)電池とナトリウム・ニッケル塩化物(Na-NiCl2)電池
9. 酸化銀・亜鉛(AgO-Zn)電池
10. 電気二重層キャパシタ
11. 電池と物質規制
11.1 RoHS指令と電池
11.2 REACHと電池

第2編 リチウムイオン二次電池の高安全化技術概論
1. 緒言
2. 非水系二次電池の開発で安全性が重要な理由
3. 安全性評価項目の設定とその分類
4. 各スキーム別の安全性試験結果とその考察
4.1 電池自身の電気エネルギーが異常現象の原因となる安全性試験項目の評価例
4.1.1 電池外部短絡もしくはそれに類する異常時
4.1.2 電池内部短絡もしくはそれに類する異常時
4.2 外部からの電気エネルギーが異常現象の原因となる安全性試験項目の評価例
4.2.1 過充電試験での基本的挙動
4.2.2 過充電で起こっている現象の解明
4.2.3 過充電でのFail Safe
4.3 外部からの熱エネルギーが異常現象の原因となる安全性試験項目の評価例
4.3.1 外部からの加熱に伴う基本的挙動
4.3.2 加熱試験で起こっている現象の解明
5. 結言

第3編 電池材料から見た安全性への取り組み
第1章 正極材料とその安全性
1. はじめに
2. 正極材料の現状
3. 各種正極材料と安全性
4. おわりに

第2章 正極材料の表面改質技術
1. 背景
2. 表面改質技術及び物理化学的な特性
3. 表面改質した正極材料の電気化学的な特性
4. まとめ

第3章 負極ハードカーボン材料
1. リチウムイオン電池用負極材としてのハードカーボンの開発
2. ハードカーボンの特徴
3. ハードカーボンの急速入出力特性
4. ハードカーボンの安全性

第4章 新負極材料
1. 背景
2. 金属系負極
3. 酸化物系負極
4. まとめ

第5章 バインダー材料
1. はじめに
2. 正極バインダーの種類と特徴
2.1 溶媒系バインダー
2.2 水系バインダー
2.3 極板の高密度化
2.4 極板の厚膜化
2.5 新しい活物質の適応
3. 負極バインダーの種類と特徴
3.1 水系バインダーと溶剤系バインダーの比較
3.2 水系バインダーの一般性状
3.3 水系バインダーの動向
4. おわりに

第6章 電解液系材料
1. はじめに
2. 要素技術別に見たリチウムイオン電池関連特許の解析
2.1 リチウムイオン電池関連特許の全体像
3. 電解液に関する公開特許解析とその内容
3.1 安全性に関わる電解液特許の技術解析
3.1.1 電解液の難燃・不燃化による安全性の改善
3.1.2 添加剤による安全化
3.1.3 電解質の選択による安全化
3.1.4 Redox Shuttle剤の使用による安全化
3.1.5 暴走抑制剤による安全化
3.1.6 異常時の固化現象による安全化
3.1.7 イオン液体の使用による安全化
3.1.8 CID(電流遮断弁)の作動安定化による安全化
4. まとめ

第7章 高安全性を目指した新規な電解液材料
1. はじめに
2. 過充電抑制材料
2.1 電極被膜形成型の材料
2.2 レドックス反応材料
2.2.1 添加剤型レドックス材料
2.2.2 主電解質型レドックス材料(新規なリチウム塩)
3. 難燃性・不燃性電解液
3.1 ハロゲン化溶媒およびフッ素系溶媒
3.2 消火作用をもつ材料
4. おわりに

第8章 イオン液体
1. はじめに
2. イオン液体のリチウム電池への応用に関する研究動向
2.1 イミダゾリウム系イオン液体
2.1.1 ハロアルミネート系イオン液体
2.1.2 非ハロアルミネート系イオン液体
2.2 脂肪族第4級アンモニウム塩系イオン液体
2.3 添加剤によるイオン液体を用いたリチウム二次電池の性能改善
3. イオン液体中におけるリチウムの電析
3.1 イオン液体の物性
4. リチウム金属上におけるリチウムの電析
5. アルミニウム電極上でのリチウムの電析
6. おわりに

第9章 セパレータ材料から見た電池安全性とその取り組み
1. はじめに
2. 電池安全性に関するバッテリーセパレータの機能
2.1 正・負極の直接接触の防止
2.2 シャットダウン機能
2.3 メルトインテグリティー機能
2.4 その他の電池安全性確保の方法
2.5 その他(電池性能に対するバッテリーセパレータの機能)
3. 単層バッテリーセパレータの特徴と電池安全性
3.1 正・負極の直接接触の防止(優れた機械的強度)
3.2 シャットダウン機能(高いシャットダウン速度)
3.3 メルトインテグリティー(高溶融粘度)
3.4 その他
3.4.1 孔径分布
3.4.2 その他の特徴
4. 多層バッテリーセパレータの特徴と電池安全性
4.1 技術プラットフォーム
4.2 フィルム設計
4.3 フィルム物性
4.4 シャットダウン温度とメルトダウン温度
4.5 メルトインテグリティー機能
5. バッテリーセパレータ製品の紹介
6. バッテリーセパレータメーカの電池安全性向上に対する取り組み
6.1 メルトインテグリティーや耐熱性向上の一般的な技術
6.2 メルトインテグリティーや耐熱性向上の最近の開発例
6.2.1 バッテリーセパレータメーカの開発例
6.2.2 電池メーカの開発例
6.2.3 今後の開発動向
7. おわりに

第4編 リチウムイオン電池の解析事例
第1章 電池の劣化解析
1. はじめに
2. 不活性雰囲気における分析試料の取り扱いについて―SEIの表面分析―
3. 7Li MAS NMRによる負極中のLiの状態分析
4. X線回折およびラマン分光法による正極の構造解析
5. 分析電子顕微鏡による正極材粒子のナノ領域の解析
6. まとめ

第2章 リチウムイオン電池の高温耐久性および安全性
1. はじめに
2. 試験用小型電池および評価
3. 耐久に伴う電池性能変化
3.1 電池抵抗変化
3.2 放射光によるXAFS測定
3.3 耐久による抵抗増加の抑制
4. 電池の安全性
5. おわりに

第5編 小型電池から大型電池へ
第1章 自動車用リチウム電池の市場展望
1. はじめに
2. 民生用LIB市場の現状と見通し
3. 次世代自動車市場の将来展望
3.1 HEV市場の拡大
3.2 HEVの多様化
3.3 HEV以外の次世代自動車の開発動向
3.4 プラグインHEV(PHEV)
3.5 燃料電池自動車(FCV)
3.6 EV
4. 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
4.1 各自動車メーカのHEV販売目標
4.2 HEV用電池市場の試算
4.3 既存LIB市場に対するインパクト
5. 電池メーカに求められること
5.1 コスト低減
5.2 軽量・コンパクト化
5.3 安全性、タフさ、寿命
6.  HEV用LIBに関する提携
6.1 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
6.2 海外自動車メーカと電池メーカによる技術提携
6.3 海外Tier 1サプライヤと電池メーカとの共同開発
7. まとめ

第2章 電動車両用高性能電源における信頼性構築―組電池の安定性挙動を中心に―
1. はじめに
2. 環境車両用の高性能リチウムイオン電池システム
3. 電池研究開発におけるクライテリア
4. 組電池研究の取り組み
5. 組電池の安定性

第3章 EV用電池の安全技術
1. EV用リチウムイオン電池の安全技術の基本的考え方
2. EV用リチウムイオン電池の単セルの安全技術
3. EV用リチウムイオン電池の電池管理システムの安全技術
4. EV用リチウムイオン電池の安全に関する法令・規格類

第4章 電池の信頼性
1. はじめに
2. 高容量リチウムイオン単電池の安全性向上
2.1 電池容量(正極材料)と安全性
2.2 セパレータと安全性
3. バッテリパックの安全性
3.1 バッテリパック設計での安全性確保
3.2 バッテリマネージメントシステムによる安全性
4. まとめ

第5章 安全、高出力性能に優れた急速充電電池
1. はじめに
2. 高出力、急速充電化の課題と技術
3. チタン酸リチウム(LTO)の電極特性
4. 新型二次電池の特徴と基本性能
5. 新型二次電池の安全性技術
6. 製品化した新型二次電池「SCiBTM」の性能と応用
7. まとめ

第6章 電動車両への電池の貢献
1. 電動車両用電池の技術開発と実用化
1.1 電動車両用電池研究開発の幕開け
1.2 EVからHEV、FCVへの変遷
2. 電池のパラダイム・シフト
2.1 FCVへのLiイオン電池の適用
2.2 EVへのLiイオン電池の適用
2.3 HEVへのLiイオン電池の適用
2.4 Liイオン電池の安全性標準化動向
3. 持続可能な環境自動車への移行と電池ニーズ
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