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次世代型二次電池材料の開発(普及版)

  • New Material for Next Generation Rechargeable Batteries for Future Society(Popular Edition)
2009年刊「次世代型二次電池材料の開発」の普及版。各種二次電池の正極、負極、電解質等の材料開発から界面設計、構造設計に至るまで詳細に解説。電気自動車という巨大市場が拡大する中、電池開発関係者必携の一冊!

商品コード: B1164

  • 監修: 金村聖志
  • 発行日: 2016年5月12日
  • 価格(税込): 3,456 円
  • 体裁: B5判,201ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-1106-7 

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  • <全固体二次電池材料の開発>正極 / 電解質材料 / スター型高分子 / 固体水素化物 / 界面設計

刊行にあたって

 エネルギーは恒常的に供給されなければならない。人類にとって,これほど重要なものはないであろう。人類の生存にとって環境もまた重要な切り口である。これまでに自然が与えてくれたエネルギーを利用して,科学技術の発展を進めてきた。しかし,科学技術の発展は,結果的にエネルギー不足と環境への大きな影響を生み出した。残念ながら,科学技術の発展において,あまりにもエネルギーを粗末に扱ってきたためである。このような社会的な状況の中でエネルギーの有効利用が重要な課題となっている。自然エネルギーを利用する。再生可能なエネルギーを利用する。その他にも多くの提案がなされている。共通していることは,最終的なエネルギーの形態は電気エネルギーとなっている点である。電気エネルギーによって最終的なエネルギーマネージメントを行うためには,どうしても電気エネルギーを蓄積しておき,かついつでも取り出せるような媒体が必要となる。このエネルギー媒体として二次電池が大きな注目を集めている。しかし,これまでの二次電池では十分に対応しきれない領域の性能を求められていることも確かであり,今後新しい技術や材料が必要となっている。
 現在の電池のレベルは低い。大きく電池を変貌させていくことが求められる。新しい特徴を有する次世代の電池を考えると,今後さらなる技術や材料の展開が必要であることは間違いない。将来,ユビキタス的に電池が使用されることも予想されるが,そのためにはまずは電池の姿自体が大きく変化することが必要であろう。
 本書は,全固体型二次電池,金属‐空気電池など,次世代型と目される電池開発の材料研究の第一線で活躍される方々にご執筆いただき,まとめたものである。この分野に関心を持たれる関係諸氏の一助となれば幸いである。
(「はじめに」より抜粋)

2009年12月  首都大学東京 金村聖志

<普及版の刊行にあたって>

 本書は2009年に『次世代型二次電池材料の開発 』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。

2016年5月  シーエムシー出版 編集部

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 分子応用化学域 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 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 助教
小林 陽   (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
中山将伸   名古屋工業大学 大学院工学研究科 物質工学専攻 准教授
新谷武士   日本曹達(株) 高機能材料研究所 第二研究部(兼)研究開発本部 電子材料開発部 主任研究員
天池正登   日本曹達(株) 高機能材料研究所 第二研究部 主任研究員
前川英己   東北大学 大学院工学研究科 マテリアル・開発系 准教授
菅野了次   東京工業大学 大学院総合理工学研究科 教授
高田和典   (独)物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 グループリーダー
小柳津研一  早稲田大学 理工学術院 准教授
西出宏之   早稲田大学 理工学術院 教授
寿 雅史   首都大学東京 大学院都市環境科学研究科 分子応用化学域 特任助教
林 政彦   日本電信電話(株) NTT環境エネルギー研究所 研究主任
江頭 港   山口大学 大学院理工学研究科 准教授
今西誠之   三重大学 大学院工学研究科 准教授
周 豪慎   (独)産業技術総合研究所 エネルギー技術研究部門 エネルギー界面技術研究グループ 研究グループ長
阿久戸敬治  島根大学 産学連携センター 教授
井上博史   大阪府立大学 大学院工学研究科 物質・化学系専攻 教授

執筆者の所属表記は、2009年当時のものを使用しております。

目次

【第1編 全固体型二次電池材料の開発】
第1章 硫黄-銅正極
1. はじめに
2. 硫黄-銅正極を用いた全固体電池
3. 硫化リチウム-銅正極を用いた全固体電池
4. おわりに

第2章 高分子固体電解質と炭素系材料の組み合わせによる全固体型リチウム二次電池の開発
1. はじめに
2. これまでの報告例
3. 電極作製法に着目した特性改善
3.1 電極作製プロセスの検討
3.2 導電材種の検討
3.3 結着材種の検討
3.4 サイクル特性と平板電池化、リチウムイオン電池化
4. まとめと今後の展開

第3章 電解質材料
1. 全固体型リチウムポリマー電池の製作と電気化学特性評価
1.1 はじめに
1.2 全固体型リチウムポリマー電池
1.3 全固体型リチウムポリマー電池の製作
1.4 全固体型リチウムポリマー電池の電気化学特性
1.4.1 製作した電池
1.4.2 サイクル特性
1.4.3 電気化学的手法による電池の反応と特性解析
1.4.4 電池内部の直接観察等による電気化学特性の解析例
1.5 おわりに

2. スター型高分子固体電解質
2.1 はじめに
2.2 スター型MESポリマーの特性
2.3 全固体型リチウムイオン二次電池
2.4 ラミネート型薄膜二次電池
2.5 今後の展開
2.6 おわりに

3. 固体水素化物電解質
3.1 水素と水素化物
3.2 ハイドライドイオン伝導体
3.2.1 ハイドライドイオン含有酸化物
3.2.2 水素化物ハイドライドイオン伝導体
3.3 リチウムイオン伝導体
3.3.1 水素ドープα-Li3N
3.3.2 リチウムイミド(Li2NH)
3.3.3 リチウムボロハイドライド(LiBH4)

4. 硫化物系ガラスセラミック固体電解質
4.1 はじめに
4.2 硫化物ガラス固体電解質
4.3 Li2S-P2S5系ガラスセラミック固体電解質
4.4 Li2S-P2S5-P2O5系ガラスセラミック固体電解質
4.5 おわりに

5. チオリシコン固体電解質
5.1 はじめに
5.2 リチウムイオン導電体
5.3 チオリシコン
5.4 チオリシコンの全固体電池への展開
5.5 今後の課題

6. 多孔体セラミックス固体電解質
6.1 全固体電池の作製
6.2 多孔体の作製
6.3 多孔構造を用いた電極系の作製
6.4 多孔構造を用いた電池の作製
6.5 おわりに

第4章 界面設計
1. 全固体リチウム電池における高出力界面設計
1.1 はじめに
1.2 全固体リチウム電池におけるナノイオニクス
1.3 高出力界面の設計
1.4 おわりに

2. 全固体リチウム電池の電極-電解質界面構築手法
2.1 はじめに
2.2 電極複合体の設計
2.3 酸化物コーティングによる電極-電解質界面修飾
2.4 メカノケミカル法による電極-電解質ナノ複合体の構築
2.5 おわりに

第5章 構造設計
1. フレキシブルラジカルポリマー電池
1.1 はじめに
1.2 フレキシブル電池を指向した電極活物質
1.3 ラジカルポリマー電極
1.4 フレキシブルラジカルポリマー電池
1.5 フレキシブル化を指向した新型ラジカル電池
1.6 おわりに

2. 三次元電池
2.1 はじめに
2.2 三次元電池の構造
2.3 単粒子測定による活物質自身の評価
2.4 三次元電池の作製
2.5 三次元電池の発展

【第2編 金属-空気電池材料の開発】
第1章 空気極カーボン材料
1. はじめに
2. 空気極の構造および三相界面
2.1 反応層中のカーボン材料
2.2 ガス供給層中のカーボン材料
3. 空気電池用カーボン材料と電気化学特性
3.1 反応層用カーボン材料の概要
3.2 酸素還元特性とカーボン材料の性状との相関
3.3 二元機能(酸素還元・酸素発生)特性とカーボン材料の性状との相関
4. カーボン材料の非水電解液中での酸素還元特性
4.1 リチウム空気電池の概要
4.2 種々のカーボン材料を空気極に用いたリチウム空気電池の電気化学特性
4.3 非水電解質中での酸素還元特性とカーボンの性状との相関
5. おわりに

第2章 負極材料
1. 鉄/ナノ炭素複合負極
1.1 金属-空気二次電池負極の概要
1.2 鉄-空気二次電池についての概説
1.3 鉄-ナノ炭素複合負極の設計および特性

2. リチウム-固体電解質複合負極
2.1 はじめに
2.2 複合負極の構成
2.3 複合負極の電気抵抗
2.4 中間層としてのポリマー電解質
2.5 弱酸リザーバーと複合負極
2.6 セルの電気化学挙動
2.7 まとめ

第3章 新型リチウム-空気電池の開発
1. はじめに
2. リチウムイオン電池の容量向上の制約
3. リチウム-空気電池
4. 新型リチウム-空気電池の提案
5. 新型リチウム-空気電池からリチウム燃料電池の提案
6. 新型リチウム-空気電池の問題点
7. 新型リチウム-空気電池の発展方向
8. おわりに

【第3編 次世代型二次電池開発の動向】
第1章 光空気二次電池
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(再生)の原理
3. 負極に水素吸蔵合金を用いた電池系における光充放電機能の実現
3.1 電池構成
3.2 光充放電機能実現への課題
3.3 金属水素化物の解離(自己放電)抑制
3.4 光充電を実現するエネルギーレベルの形成
4. SrTiO3-LaNi3.76Al1.24Hn|KOH|O2系電池の光充放電挙動
5. おわりに

第2章 ニッケル亜鉛電池の開発動向
1. はじめに
2. 両極での反応
3. 課題解決に向けた最近の取り組み
3.1 添加物(無機化合物)の効果
3.2 添加物(有機化合物)の効果
3.3 活物質の形態制御
3.4 ヒドロゲル電解質の効果
4. おわりに
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