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リチウムイオン電池の部材開発と用途別応用

  • Lithium-ion battery -Component development and Application for use-
★ リチウムイオン電池の部材開発の最前線を詳述!
★ 次世代自動車,電車,エコハウスなど,用途別に開発動向を紹介!
★ 各メーカー動向,国内外の市場動向についても網羅した一冊!

商品コード: T0816

  • 監修: 金村聖志
  • 発行日: 2011年10月
  • 価格(税込): 64,800 円
  • 体裁: B5判,211ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0457-1

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  • リチウムイオン/二次電池/正極材料/負極材料/電解液/バインダー/環境車輛/電源ハイブリッド型電車/エコハウス/ポストリチウムイオン電池

刊行にあたって

 蓄電池の研究開発が活発になっている。電気エネルギーを蓄積し,上手にエネルギーを利用したり,二酸化炭素を排出しない自動車,電気自動車を利用したりするためには,充電できる電池が必要である。今後の蓄電池の市場は拡大の一途であろう。社会のこのようなニーズに応えることができる電池を早く作ることが求められている。新しい材料,新しい電池の技術,新しいシステムの考え方など,解決しなければならない課題は多い。
 現在どのような研究が最先端でなされ,どのような新規材料があるいは新原理の電池が開発されようとしているのかについて,本著ではまとめている。特に,現在ホットな材料について主にまとめている。加えて,これから使用する可能性がある材料も含まれている。また,新原理の電池の進展状況についても紹介している。
 最近のリチウムイオン電池用材料あるいはポストリチウムイオン電池に注目し本書はまとめられており,最近の蓄電池の開発状況に関する多くの情報を含んでいる。電池に関連する方々に一読いただければ幸いである。

(「はじめに」より抜粋)

著者一覧

金村聖志   首都大学東京大学院 都市環境科学研究科 都市環境科学環 分子応用化学域 教授 
田渕光春   (独)産業技術総合研究所 ユビキタスエネルギー研究部門 イオニクス材料研究グループ 主任研究員 
秋本順二   (独)産業技術総合研究所 結晶制御プロセス研究グループ 研究グループ長
今泉純一   (株)田中化学研究所 技術開発部 先行技術開発1チーム チームリーダー
本間 剛   長岡技術科学大学 工学部 物質・材料系 助教 
小松高行   長岡技術科学大学 工学部 物質・材料系 教授
佐々木龍朗  住友ベークライト(株) 負極材事業化プロジェクトチーム 部長研究員
森山斉昭   石原産業(株) 電池材料事業化本部 技術開発部 マネージャー
関 志朗   (財)電力中央研究所 材料科学研究所 エネルギー変換・貯蔵材料領域 主任研究員
鳶島真一   群馬大学 大学院工学研究科 応用化学・生物化学専攻 教授
辰巳砂昌弘  大阪府立大学 大学院工学研究科 物質・化学系専攻 応用化学分野 教授 
林 晃敏   大阪府立大学 大学院工学研究科 物質・化学系専攻 応用化学分野 助教 
荒井健次   日本ゼオン(株) 総合開発センター 高機能材料研究所 チームリーダー 
堀江英明   日産自動車(株) 総合研究所 エキスパートリーダー;東京大学 生産技術研究所 特任教授 
小笠正道   公益財団法人 鉄道総合技術研究所 車両制御技術研究部 駆動制御研究室 研究室長 
田口義晃   公益財団法人 鉄道総合技術研究所 車両制御技術研究部 駆動制御研究室 副主任研究員
田路和幸   東北大学 大学院環境科学研究科 教授・研究科長
高田和典   (独)物質・材料研究機構 電池材料ユニット ユニット長
石原達己   九州大学 大学院工学研究院 教授
佐藤正春   (株)村田製作所 エネルギーデバイス事業推進室 副参事
阿久戸敬治  島根大学 産学連携センター 教授

目次

第Ⅰ編 部材開発の最前線
第1章 正極材料  
1 三元系
1.1 緒 言 
1.2 三元系正極材料の電気化学反応特性
1.3 合成方法
1.4 安定性
1.5 その他の三元系材料
1.6 まとめ

2 酸化物固溶体系  
2.1 はじめに
2.2 酸化物固溶体系正極材料の魅力と高容量発現機構
2.3 酸化物固溶体系正極材料の充放電特性制御のために考慮すべき因子
2.4 新規Li2MnO3系正極開発について
2.5 おわりに

3 ガラス結晶化法によるリン酸塩系正極材料の創製  
3.1 はじめに
3.2 大型LiB向け正極材の開発動向
3.3 リン酸系正極活物質の特徴
3.4 LiFePO4前駆体ガラスの作製と熱物性
3.5 マンガン置換によるLiMnxFe1-xPO4ガラス形成能と電池特性
3.6 他の候補材料のガラス結晶化
3.7 まとめと今後の展望

第2章 負極材料  
1 ハードカーボン系
1.1 はじめに
1.2 ハードカーボンとグラファイト
1.2.1 炭素化の相違
1.2.2 炭素構造の相違
1.3 フェノール樹脂系ハードカーボン材料の研究例
1.3.1 フェノール樹脂類を用いたハードカーボン材
1.3.2 フェノール樹脂系ハードカーボン材の充放電特性
1.4 まとめ

2 チタン系材料  
2.1 はじめに
2.2 Li-Ti-O系材料
2.2.1 スピネル型チタン酸リチウムの化学組成、結晶構造、充放電特性
2.2.2 結晶格子の安定による高サイクル特性
2.2.3 粒子サイズ,比表面積の最適化による高負荷特性
2.3 他のチタン系材料
2.3.1 TiO2系材料
2.3.2 H-Ti-O系材料
2.3.3 M-Li-Ti-O系(M=Na,Sr,Ba)材料
2.4 終わりに

第3章 電解液
1 イオン液体電解質系  
1.1 はじめに
1.2 イオン液体
1.3 イオン液体を用いたリチウム二次電池の研究・開発
1.4 イオン液体を用いたリチウムイオン二次電池の実現に向けて
1.5 おわりに

2 機能性電解液  
2.1 はじめに
2.2 リチウム電池用電解液に要求される基本特性
2.3 電解液の導電率(イオン伝導度)
2.4 電解液の安定性
2.5 リチウムイオン電池用電解液の分類と特徴
2.6 負極表面処理添加剤
2.7 正極表面修飾添加剤
2.8 難燃性電解液
2.9 過充電防止剤
2.10 今後の展開

3 無機ガラス系固体電解質  
3.1 はじめに
3.2 ガラス電解質の作製方法
3.3 ガラス電解質の導電率
3.4 ガラスセラミック電解質の導電率
3.5  おわりに

第4章 バインダー  
1 はじめに
2 負極用バインダー
2.1 負極用バインダーの種類と特徴
2.2 スラリー作製上の留意点
2.3 乾燥工程上の留意点
2.4 負極用バインダーの電池性能への影響事例
3 正極用バインダー
3.1 正極用バインダーの種類と特徴
3.2 正極用水系バインダー
3.3 水系バインダーの分散性
3.4 水系正極用バインダーを用いた電池の性能
4 まとめ

第Ⅱ編 リチウムイオン電池の用途別応用
第1章 環境車輛用高性能電池の研究開発  
1 高性能環境車両用電池システム
2 電池に求められる特性

第2章 高性能二次電池の評価  
1 電池の基本的特性と考え方
2 電池の基本的な評価

第3章 電源ハイブリッド型電車における蓄電池システム開発―架線レス・バッテリーLRV―  
1 はじめに
2 バッテリー搭載型電車の意義
3 蓄電媒体の選定
3.1 蓄電媒体の選定にあたって
3.2 蓄電媒体に要求されるエネルギー量
3.3 寿命を考慮した搭載エネルギー量の決定
4 急速充電の方式
5 車載バッテリーの温度上昇抑制方策―セル配置による放熱量の推定と温度上
昇予測
6 保護系統の開発(安全確保)と車体へのバッテリー分散配置
6.1 主バッテリー
6.2 バッテリー保護系統
6.3 バッテリーモジュール配置
7 バッテリーモニタ装置の開発
7.1 バッテリー充電残量推定および劣化容量推定
7.2 運転台と客室内のディスプレイ表示(エネルギー表示画面とGPSマルチ画面)
8 架線レス・バッテリー走行
8.1 架線レス・バッテリーLRV
8.2 急速充電とバッテリー走行
9 実用化とさらなる展開に向けた期待
9.1 より安全なバッテリーへ
9.2 内部抵抗の低減
9.3 感電防止策
10 おわりに

第4章 エコハウスプロジェクトにおける太陽光発電による直流電力貯蔵リチウムイオン電池  
1 3.11以前のエコハウスと電力利用に関する考え方
2 3.11以降のエコハウスと電力利用の考え方
3 これからのスマートコミュニティを構築するためのエコハウスは
4 太陽電池の出力変動をなくすための蓄電システム
5 コンデンサー的な蓄電池利用と系統からの電気のバックアップ
6 一般住宅への適用
7 まとめ

第Ⅲ編 ポストリチウムイオン電池の開発動向
第1章 全固体リチウムイオン電池の開発  
1 はじめに
2 リチウムイオン電池の課題
3 無機固体電解質を用いた全固体化への期待
4 全固体リチウム電池の歴史
5 固体電解質の開発動向
6 ナノイオニクス
7 おわりに

第2章 金属―空気電池,亜鉛―空気電池,リチウム―空気電池の開発の現状  
1 はじめに
2 金属―空気電池の特長と亜鉛―空気電池
3 Li-空気,Li-空気-水2次電池の特徴,開発の現状と課題
4 Li-空気電池2次電池の空気極触媒開発の動向
5 電極反応の解析と空気極触媒
6 空気極触媒としてのメソポーラスMnO2の作成と応用
7 おわりに

第3章 有機二次電池の可能性  
1 はじめに
2 有機化合物を活物質とする二次電池の動作原理と特徴
3 多電子系有機二次電池
3.1 ニトロニルニトロキシドラジカル
3.2 キノイド化合物
3.3 トリキノキサリニレン
3.4 ルベアン酸
4 多電子系有機二次電池の可能性

第4章 光空気二次電池の開発  
1 はじめに
2 光空気二次電池の概要
2.1 基本構成と充放電反応イメージ
2.2 光充電(自己再生)の原理
3 光充放電機能を実現する光空気二次電池
3.1 負極に水素吸蔵合金を用いた電池系
3.1.1 電池構成
3.1.2 光充放電機能実現への課題
3.1.3 金属水素化物の解離(自己放電)抑制
3.1.4 光充電を実現するエネルギーレベルの形成
3.1.5 SrTiO3-LaNi3.76Al1.24Hn|KOH|O2系電池の光充放電挙動
3.2 金属活物質―半導体複合電極を用いた電池系
3.3 放電生成物の光反応を利用した電池系
4 光空気二次電池の特徴と可能性
5 おわりに

第Ⅳ編 リチウムイオン二次電池の市場
第1章 リチウムイオン電池の生産概況
1 概要
2 市場動向
3 メーカー動向
3.1 三洋電機(パナソニックグループ)
3.2 ソニー
3.3 ジーエス・ユアサ コーポレーション
3.4 NEC
3.5 日立製作所
3.6 東芝
3.7 その他国内メーカー
3.7.1 エナックス
3.7.2 エリーパワー
3.8 海外メーカー
3.8.1 サムスンSDI
3.8.2 LG化学
3.8.3 BYD(比亜迪)
3.8.4 BAK(比克)
3.8.5 コンチネンタル社
4 用途動向

第2章 構成材料の市場動向
1 主要4部材の市場
2 正極材料
2.1 概要
2.2 市場動向
2.3 メーカー動向
2.3.1 コバルト系メインのメーカー
2.3.2 マンガン系メインのメーカー
2.3.3 ニッケル系メインのメーカー
2.3.4 3元系メインのメーカー
2.3.5 リン酸鉄系メインのメーカー
2.3.6 その他のメーカー
2.3.7 主な海外メーカー
3 負極材料
3.1 概要
3.1.1 炭素系材料
3.1.2 新材料
3.2 市場動向
3.3 メーカー動向
3.3.1 炭素系材料メーカー
3.3.2 新材料系メーカー
3.3.3 海外メーカー
4 電解液・電解質
4.1 概要
4.2 電解液溶質材料
4.3 市場動向
4.4 メーカー動向
4.4.1 六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を溶質に用いるメーカー
4.4.2 六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)メーカー
4.4.3 その他の電解液メーカー
5 セパレータ
5.1 概要
5.2 市場動向
5.3 メーカー動向
5.3.1 既存メーカーの動向
5.3.2 新規参入(予定を含む)メーカー

第3章 用途別市場動向
1 大型パワー用途
2 大型エネルギー用途

第4章 ポストリチウムイオン電池動向
1 既存リチウムイオン電池の改良
2 容量が2倍の革新電池
3 容量が3倍以上の革新電池
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