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蓄電デバイスの今後の展開と電解液の研究開発

  • Recent Research and Development of Electrolyte Systems for Various Future Energy Storage Devices
★ 蓄電デバイスの高電圧化、大容量化、そして安全性の鍵を握る“電解液”にフォーカス!
★ リチウムイオン電池やさまざまな次世代の蓄電デバイスの研究動向についても詳述!
★ 最新研究から工業化への取り組みまで、電池ビジネスのヒントとなる1冊!

商品コード: T0955

  • 監修: 鳶島真一
  • 発行日: 2014年12月25日
  • 価格(税込): 77,760 円
  • 体裁: B5判、306ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-1047-3

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  • 二次電池 / 蓄電池 / キャパシタ / 電解液 / 電解質 / 添加剤 / イオン液体 / 劣化解析 / 難燃性 / 高電圧

刊行にあたって

電解液は基本的には電池内の正極と負極の間の電気伝導(イオン伝導)を担っている。工業製品である実用二次電池(充電可能な電池)では,電解液は充放電寿命,電流取得特性,性能劣化,安全性等,種々の電池性能に影響する重要な因子である。電池用途により電解液の要求性能は異なり各々に対応した電解液を開発する必要がある。

しかし,「電解液」のみをテーマにした書籍は少ない。本書では,現在研究中の新型電池,新型蓄電デバイスや従来技術発展型電池の高性能化と信頼性の向上に最も大きく影響する「電解液」を中心として幅広い話題を取り上げ,学術的基礎から工業製品化までの最新研究動向や国策,市場動向等の情報について概説している。

(本書「はじめに」より抜粋)

著者一覧

鳶島真一   群馬大学
細井敬   (独)新エネルギー・産業技術総合開発機構
南部典稔   東京工芸大学
吉本信子   山口大学
森田昌行   山口大学
木村謙斗   東京農工大学
富永洋一   東京農工大学
森本英行   群馬大学
石川正司   関西大学
山縣雅紀   関西大学
獨古薫   横浜国立大学
渡邉正義   横浜国立大学
江頭港   日本大学
松本一   (独)産業技術総合研究所
辻川知伸   (株)NTTファシリティーズ
荒川正泰   (株)NTTファシリティーズ総合研究所
田中康隆   静岡大学
野口健宏   日本電気(株)
菅原秀一   泉化研(株)
渡辺春夫   渡辺春夫技術士事務所
中島薫   (株)エイジェック
大﨑隆久   大﨑技術コンサルティング
竹井勝仁   (一財)電力中央研究所
青木雄一   エスペック(株)
秋山毅   (株)東レリサーチセンター
火口崇之   (株)住化分析センター
島田真一   (株)住化分析センター
篠原三千生   富山薬品工業(株)
堀尾博英   森田化学工業(株)
萩原理加   京都大学
松本一彦   京都大学
野平俊之   京都大学
駒場慎一   東京理科大学
福西美香   東京理科大学
中野健志   東京理科大学
ダビ・ムアッド   東京理科大学
石原達己   九州大学
Jang Il Chang   九州大学
福塚友和   京都大学
宮崎晃平   京都大学
安部武志   京都大学
内本喜晴   京都大学
前田浩孝   名古屋工業大学
中山将伸   名古屋工業大学
春日敏宏   名古屋工業大学
井上博史   大阪府立大学
古田一人   日本ガイシ(株)
白石壮志   群馬大学

目次

【第1編 蓄電デバイスの今後の展開】

第1章 NEDOにおける次世代蓄電池の研究開発計画
1 はじめに
2 「NEDO二次電池技術開発ロードマップ2013」について
2.2 定置用二次電池ロードマップ
3 NEDOにおける蓄電技術開発
3.1 リチウムイオン電池応用・実用化先端技術開発
3.1.1 日産自動車
3.1.2 NEC、積水化学、田中化学研究所
3.1.3 パナソニック
3.1.4 東芝
3.1.5 日立製作所、日立オートモティブシステム
3.1.6 トヨタ自動車、豊田中央研究所
3.1.7 三井造船、三井造船システム技研、エレクセル
3.2 安全・低コスト大規模蓄電システム技術開発
3.2.1 三菱重工業
3.2.2 川崎重工業
3.2.3 日立製作所、新神戸電機
3.2.4 東芝
3.2.5 鉄道総合技術研究所、クボテック、古河電気工業、ミラプロ、山梨県企業局
3.2.6 早稲田大学、同志社大学
3.3 革新型蓄電池先端科学基礎研究(略称「RISING」)
3.4 次世代蓄電池材料評価技術開発
3.5 先進・革新蓄電池材料評価技術開発
4 おわりに

第2章 蓄電デバイスと電解液に要求される特性 
1 蓄電デバイス市場の今後の展開
2 今後の電池の展開と電解液に対する要求
3 蓄電デバイス用電解液の種類と特徴
4 次世代蓄電デバイスと電解液
5 まとめ

【第2編 リチウム電池用電解液の研究開発動向】

第1章 有機溶媒系電解液
1 有機フッ素化合物の物性、電解液特性および蓄電デバイスへの応用 
1.1 はじめに
1.2 物理的、化学的および電気化学的性質
1.3 リチウム二次電池への応用

2 電解液添加剤の種類と機能 
2.1 電解液の基本的役割
2.2 電解液の種類と特徴
2.3 有機溶媒系電解液の特徴と添加剤の必要性
2.4 電解液の安定性
2.5 電解液添加剤の種類と機能
2.5.1 負極表面処理剤(反応型添加剤)
2.5.2 負極表面処理剤(非反応型添加剤)
2.5.3 正極表面処理剤
2.5.4 過充電防止剤
2.5.5 難燃性添加剤
2.5.6 高電圧電池用電解液添加剤
2.5.7 その他の添加剤
2.6 まとめ

第2章 リチウムイオン電池用ゲル電解質の開発動向 
1 はじめに
2 ゲル電解質用マトリックスポリマー
3 イオン液体を含むゲル電解質
4 難燃性ゲル電解質
5 おわりに

第3章 リチウム二次電池への応用に向けた固体高分子電解質の最新研究動向 
1 はじめに
2 固体高分子電解質の基礎的な特性と開発課題
3 第3物質の添加
4 シングルイオン(カチオン)伝導体
5 ポリカーボネート型電解質の特異なイオン伝導挙動
6 おわりに

第4章 固体電解質の基礎と応用 
1 はじめに
2 高リチウムイオン伝導性無機固体電解質の種類
3 メカノケミカル法を用いて作製したLATP系リチウムイオン伝導性無機固体電解質
3.1 遊星型ボールミルを用いた非晶質LATP系粉末の作製
3.2 導電率測定
3.3 LATP系焼結体の導電率の組成依存性
3.4 LATP系固体電解質の応用と展開
4 全固体リチウム二次電池の展開
5 おわりに

第5章 イオン液体電解液
1 高性能リチウムイオン電池用難燃性FSIイオン液体電解液 
1.1 はじめに
1.2 負極の可逆化と高レート特性の機構解明
1.3 FSIイオン液体系を特徴づける電極界面構造
1.4 FSIイオン液体電解液の最適化による炭素負極のレート特性向上
1.5 イオン液体による実用リチウムイオン電池の設計
1.6 FSIイオン液体電解液中におけるSi薄膜電極の挙動
1.7 おわりに

2 イオン液体を用いた次世代蓄電池 
2.1 はじめに
2.2 イオン液体の特徴
2.3 イオン液体を溶媒に用いたリチウムイオン二次電池用電解液
2.4 溶媒和イオン液体
2.5 イオン液体を用いたリチウム-硫黄二次電池
2.6 イオン液体を用いたリチウム-空気二次電池
2.7 おわりに

3 イオン液体電解液の熱安定性 
3.1 はじめに
3.2 電池の安全性と電解液
3.3 イオン液体および電極共存状態での熱安定性

第6章 ゼロソルベント系電解液  
1 はじめに
2 ゼロソルベントとは
3 オニウム塩系ゼロソルベント(イオン液体)
4 アルカリ金属塩系ゼロソルベント(アルカリ金属中低温溶融塩)
5 有機イオン性柔粘性結晶(プラスチッククリスタル電解質)
6 おわりに

第7章 難燃性電解液を適用した大型リチウムイオン電池の開発  
1 はじめに
2 Liイオン電池の安全性向上の検討
3 フロート寿命特性改善の検討
4 200Ah級大形電池の開発
5 100Ah高率放電用大型電池の開発
6 まとめ

第8章 高電圧電池用電解液     
1 高電位電解質材料の分子設計-理論計算の活用 
1.1 なぜ高電位電解質は必要か
1.2 既存の高電位電解質溶媒
1.3 リチウムイオン電池電解質に求められる性質
1.4 リチウムイオン電池電解質の材料設計に用いられる理論計算
1.5 理論計算の実際
1.6 理論計算が有効になってきた理由
1.7 おわりに

2 高電圧リチウムイオン電池用電解液  
2.1 はじめに
2.2 高電位動作正極材料について
2.3 カーボネート系電解液を使用した高電圧リチウムイオン電池の特性
2.4 5V級スピネル正極を使った電池での耐酸化溶媒の検討
2.4.1 耐酸化性電解液溶媒の候補材料の選定
2.4.2 フッ素化エーテル系溶媒適用検討
2.4.3 フッ素化リン酸エステル溶媒適用検討
2.4.4 フッ素化リン酸エステルとフッ素化エーテルを含む電解液の検討
2.5 まとめと考察
2.6 おわりに

第9章 電池性能、信頼性改善と電解液   
1 実用セルにおける負極材料、電極設計と電解液の関係  
1.1 はじめに
1.2 正極と負極、役割分担
1.2.1 現在の負極材
1.2.2 正極と負極、主役と脇役
1.2.3 正負極の電位
1.3 負極の電位と電解液
1.3.1 リチウムイオン・セルの開発小史
1.3.2 負極電位の維持と安定
1.4 電解液の選定
1.4.1 イオン伝導度、反応性と電解液組成
1.4.2 限定的な選定範囲
1.5 負極の遅延反応と安全性
1.5.1 即刻反応の正極―正極負極と電解液の反応
1.5.2 遅延反応の負極と可燃性ガスの蓄積
1.6 まとめ

2 リチウムイオン電池正極活物質と電解液  
2.1 はじめに
2.2 表面無機化学反応
2.3 自発的表面有機化学的反応
2.4 充電に伴う有機化学的反応
2.5 正極のSEIの構成
2.6 金属イオン溶出の抑制
2.7 SEIの評価と成長抑制
2.8 SEI制御のための界面改質
2.9 まとめ

3 実用電池と電解液  
3.1 はじめに
3.2 LIBビジネス
3.2.1 成長する蓄電池産業
3.2.2 電池セルの形態変化
3.3 電池特性と電解液
3.3.1 電極構造が電池特性に与える影響
3.3.2 電解液の技術
3.3.3 サイクル寿命
3.4 製造プロセスと電解液
3.5 高容量化
3.5.1 合金系負極
3.5.2 正極高充電圧化
3.6 まとめ

4 リチウムイオン電池の発熱反応と安全化技術
4.1 はじめに
4.2 リチウムイオン電池の発熱要因と安全機構
4.2.1 電池内部の発熱
4.2.2 リチウムイオン電池の材料と主な安全機構
4.3 リチウムイオン電池の発熱反応解析
4.3.1 電池材料の発熱反応
4.3.2 過充電反応―発熱反応解析と対策―
4.4 リチウムイオン電池の安全性試験
4.5 おわりに

第10章 電池性能、信頼性評価および劣化分析
1 電池の劣化残量寿命推定法 
1.1 はじめに
1.2 変動負荷の寿命に及ぼす影響
1.3 保存劣化とサイクル劣化の加成性
1.4 加速試験とルート則の適用
1.5 おわりに

2 電池の信頼性試験 
2.1 はじめに
2.2 電池の信頼性試験
2.3 電池の試験規格の種類
2.4 電池の安全性試験規格
2.5 電池の輸送信頼性評価
2.6 電池信頼性試験における作業環境への安全性
2.7 性能試験に求められる装置機能
2.8 まとめ

3 電池性能劣化と電解液劣化解析 
3.1 はじめに―電池劣化解析の考え方―
3.2 電解液の劣化解析
3.2.1 セル内部ガス分析
3.2.2 電解液主成分の組成変化
3.2.3 電解液の変成物の定性、定量
3.2.4 劣化解析のための無機元素定量分析
3.3 まとめ

4 電解液の劣化解析 
4.1 はじめに
4.2 電解液の劣化要因
4.2.1 電解質の劣化要因
4.2.2 溶媒の劣化要因
4.2.3 添加剤の劣化要因
4.3 電解液の劣化解析
4.3.1 電解質の劣化解析
4.3.2 溶媒の劣化解析
4.3.3 添加剤の劣化解析
4.3.4 電解液組成の変化
4.3.5 電解液の劣化解析事例
4.3.6 内部ガスの解析
4.4 まとめ

第11章 工業製品としての電解液
1 工業製品としてのリチウムイオン二次電池用電解液  
1.1 はじめに
1.2 電解液の工業化―世界初で今までにない電池材料系のリチウムイオン二次電池
1.3 リチウムイオン二次電池用電解液
1.3.1 主な要求特性
1.3.2 材料系の変遷
1.3.3 実用化電解液の組み合わせ
1.4 原料事情
1.5 電解液の工業化量産
1.6 電解液の工業生産をするときに必要な法令関係
1.6.1 有機電解液の取扱関連法規
1.6.2 危険物取扱法関連
1.7 有機電解液としての爆発性の確認
1.8 有機電解液の作業時の取り扱い注意事項
1.9 おわりに

2 リチウム電池用電解質  
2.1 はじめに
2.2 リチウムイオン二次電池用電解質の市場動向
2.3 電解質の種類
2.3.1 LiPF6
2.3.2 LiBF4
2.3.3 LiTFSI
2.3.4 LiFSI
2.3.5 LiPO2F2
2.4 電解質メーカーに対する要求
2.5 蓄電池用の電解質
2.6 電気自動車開発による市場への影響
2.7 中国におけるリチウム電池および電解質事業
2.8 現在の中国における電解質の評価
2.9 北米およびヨーロッパ生産への関心度
2.10 中国における原料ソース
2.11 リチウムイオン電池用の電解質の今後の方向性


【第3編 各種電池、蓄電デバイスの特徴と電解液】

第1章 ナトリウム蓄電池用電解質としてのイオン液体  
1 はじめに
2 ビスフルオロスルホニルアミド塩の合成
3 低融点アミド系イオン液体の性質
4 ナトリウム蓄電池への応用
5 新しいナトリウム蓄電池用イオン液体の開発
6 おわりに

第2章 ナトリウムイオン電池  
1 はじめに
2 炭素負極
2.1 炭素負極材料
2.2 電解液依存性
2.3 ハードカーボン負極の不動態被膜
2.4 電解液添加剤
2.5 FECによるハードカーボン負極の表面改質
2.6 バインダー
3 高容量負極
4 おわりに

第3章 Li-空気二次電池と電解液の影響  
1 はじめに
2 Li-空気電池と二次電池化
3 Li-空気電池用電解質
4 Li-空気電池の今後の課題

第4章 マグネシウム金属二次電池―電解液の研究開発―  
1 はじめに
2 マグネシウム金属二次電池研究開発の現状
2.1 マグネシウムイオン電池について
2.2 マグネシウム金属二次電池について
3 マグネシウム金属二次電池電解液の研究
3.1 炭酸エステル系電解液
3.2 エーテル系電解液
4 おわりに

第5章 燃料電池電解質用プロトン伝導性ハイブリッド材料の開発と今後の展望  
1 はじめに
2 中温プロトン伝導体の開発動向
3 アゾール化合物を用いたハイブリッド材料
4 ベンゾイミダゾール-リン酸亜鉛ガラスからなるハイブリッド材料
4.1 リン酸亜鉛ガラス組成がZPG/BImの特性に及ぼす影響
4.2 ZPG/BImへの微粒子添加による電導度への効果
5 まとめ

第6章 ニッケル水素電池 
1 はじめに
2 ニッケル水素電池の作動原理と特徴
3 ニッケル水素電池の材料開発
3.1 負極活物質、正極活物質
3.2 電解液
4 ヒドロゲル電解質を用いるニッケル水素電池の全固体化
5 おわりに

第7章 ナトリウム硫黄電池による電力貯蔵技術 
1 はじめに
2 ナトリウム硫黄電池とは
2.1 セル
2.2 モジュール電池
3 ナトリウム硫黄電池の実用化
3.1 固体電解質ベータアルミナの開発
3.1.1 ベータアルミナとは
3.1.2 低抵抗ベータアルミナの開発
3.1.3 高強度ベータアルミナの開発
3.1.4 量産技術の開発
3.2 その他の要素技術開発
3.2.1 セラミックスと金属を接合する技術
3.2.2 正極容器材料の選定
3.2.3 正極構造の最適化
4 おわりに

第8章 電気二重層キャパシタ用電解液  
1 はじめに
2 EDLCのエネルギー密度と容量
3 EDLC用電解液
3.1 電解液溶媒
3.2 電解質
3.3 EDLC用電解液の直近10年のトピック
4 活性炭
4.1 活性炭電極の容量の電解液依存性
4.2 電解液中の水分の影響
4.3 高電圧充電に対する耐久性と電解液
5 おわりに
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