HOME ＞ エレクトロニクス分野 ＞ 次世代型リチウムイオン二次電池

次世代型リチウムイオン二次電池

　風力発電や太陽光発電のような供給安定性に欠けるエネルギーの効率的利用や夜間電力の有効利用のために、二次電池技術はキーテクノロジーの一つに位置づけられています。さらに、今後大きな需要が見込まれる車載用の二次電池についても、材料選択の幅が広いリチウムイオン二次電池の適応が必須といわれています。リチウムイオン電池が大型二次電池用途で本格的に使用されるための主な課題は「高エネルギー密度化」、「高出入力」、「長寿命」、「高い安全性」、「低コスト」とされ、さらに、車載用には、小型・軽量化が求められます。
　本調査研究レポートはこのようなブレークスルーのために役立てるべく、リチウムイオン二次電池の構造部材や製造技術、システム、用途、次世代型技術に関する最新研究開発情報を収集・整理したものです。

★ 正極・負極における高容量化・高出入力化・低コスト化を目指した電極活物質の開発を詳述。
★ 安全性向上のためのゲルポリマー電解質、有機・無機固体電解質の開発を詳述。
★ セパレータの機械的強度、化学的安定性、耐熱性向上を記述。
★ 新規バインダーの設計を紹介。
★ 急速充電・高出力、安全性の向上のための電池システムの開発を記述。
★ 様々な用途展開、次世代蓄電技術の紹介。


　　　　□体裁　A4判422ページ
　　　　□定価　71,400円(本体68,000円、消費税3,400円)
　　　　□送料　弊社負担
　　　　□発行　2010年6月

章 目 次

第１章　リチウムイオン電池技術の現状と課題
第２章　電池構成部材に関する技術
第３章　電池製品・システムに関する技術
第４章　用途別電池技術
第５章　次世代蓄電技術

 

詳　細　目　次

  頁
第１章　リチウムイオン電池技術の現状と課題 1
　1.1　二次電池の動向 1
　1.2　リチウムイオン電池の現状と課題 5
　　1.2.1　定置用電池 5  
　　1.2.2　車載用電池 6  
　　1.2.3　電池システムから見た開発の課題 10

第２章　電池構成部材に関する技術		 14
　2.1　正極電極と活物質 16
　　2.1.1　正極研究動向と課題 16
　　2.1.2　コバルト酸リチウム（LiCoO2）系材料 23
　　　（1）　ナノ粒子化による放電電流量の改善 23
　　　（2）　ナノ結晶を用いた電極による充放電高速化 25
　　　（3）　バインダーフリー化による電池のエネルギー密度改善 27
　　　（4）　電池の薄膜化 30
　　2.1.3　LiNiO2系、LiNil-xCoxO2系材料 34
　　　（1）　Ni0.76Co0.24OOH0.2Li0.8 /C系電池の開発 34
　　　（2）　ナノコート処理による高エネルギー密度化 37
　　2.1.4　スピネル構造Mn系（LiMn2O4系等）材料 37
　　　（1）　噴霧熱分解法によるLiMn2O4の微細化と電気化学特性の検討 37
　　　（2）　RFマグネトロンスパッタリング法の薄膜生成速度改善 39
　　　（3）　超音波処理による物性、電極特性への影響の検討 40
　　2.1.5　複合マンガン材料 42
　　　（1）　バーネサイト型二酸化マンガンの改善 42
　　　（2）　固溶体系正極（Li2MnO3-LiMO2） 44
　　　（3）　一次元トンネル結晶構造のアルカリマンガン酸化物 45
　　　（4）　ニッケル-マンガン-コバルト系酸化物 50 50
　　　（5）　鉄含有Li2MnO3系正極材料の開発 57
　　　（6）　（Li1+x（Fe0.2Ni0.4Mn0.4）1-xO2とLi1+x（Fe0.2Ni0.2Mn0.6）1-xO2） 62
　　　（7）　Panasonic Solid Solution：PSS 64
　　　（8）　三元系正極材料 68
　　　（9）　Li2MnSiO4 69
　　　（10）　Li2MnO3-LiFeO2の観察 70
　　2.1.6　リン酸オリビン系正極材料 73
　　　（1）　リン酸オリビン系正極材料 73
　　　（2）　オリビン型LiFePO4のコンポジット化 76
　　　（3）　LiFePO4粉末作製法 79
　　　（4）　オリビン型リン酸鉄ナノ粒子化の検討 82
　　　（5）　ソノケミストリーを用いた微細粒子合成 85
　　　（6）　LiFePO4のカーボンコートによる電池特性向上の検討 88
　　　（7）　一部Mn基に置換したLiMnxFe1-xPO4の合成 94
　　　（8）　ナノ粒子化・導電性炭素層の析出・異元素複合化 97
　　　（9）　オリビン化合物LiMPO4第一原理バンド計算による物性の比較 99
　　2.1.7　硫黄系化合物 102
　　　（1）　ナノ粒子複合体正極の開発 103
　　2.1.8　表面改質技術 105
　　　（1）　表面フッ素化処理による高性能化 105
　　　（2）　CVD法を活用した表面カーボン形成 109
　　2.1.9　基礎技術 109
　　　（1）　電池性能劣化原因の探索 109
　2.2　電解質の活性物質 111
　　2.2.1　有機電解液系 113
　　　（1）　機能分担型電解液 114
　　　（2）　電解質設計の計算化学的アプローチ 117
　　2.2.2　イオン液体・イオンゲル電解質系 121
　　　（1）　イオン液体電解質中における負極反応 121
　　　（2）　FSI（fluoro sulfonyl imide）とEMI（1-ethyl-3-methylimidazolium）の検討 125
　　　（3）　イオン液体電解質によるリチウムイオン電池の安全性向上 126
　　　（4）　脂肪族四級アンモニウムとパーフルオロアニオンからなるイオン液体の特性 12
　　　（5）　四級アンモニウム系イオン液体DEMETFSIとLiTFSIの混合物と電池特性の検討 131
　　　（6）　難燃性と電池性能を両立させた電解液の開発 135
　　　（7）　高速電荷輸送が可能なイオン液体およびイオンゲルの創製 138
　　2.2.3　ゲルポリマー電解質系 141
　　　（1）　ゲルポリマー電解質の動向 142
　　　（2）　ゲル電解質用ホスト・ポリマーの検討 144
　　　（3）　高分子ヒドロゲル電解質 146
　　　（4）　ポリエチレンオキシド（PEO）とポリスチレン（PS）の組合わせ電解質の検討 148
　　　（5）　ウレア基をもつポリマーゲル電解質の設計 150
　　2.2.4　有機固体電解質系 154
　　　（1）　全固体型リチウムポリマー二次電池の開発 155
　　　（2）　ポリエーテル系固体電解質におけるポリエーテルおよびリチウム塩の設計 158
　　　（3）　ホウ酸エステル含有ポリマー電解質 162
　　　（4）　ポリジメチルシロキサン（SLX）にオリゴオキシエチレン（EO）側鎖を導入 164
　　　（5）　多核種NMR法による電解質中のイオン拡散と高分子鎖運動の研究 164
　　　（6）　シアノエチル化ポリビニルアルコールを含むポリマー電解質の伝導度 165
　　　（7）　含ホウ素有機‐無機複合ポリマー電解質の開発 166
　　2.2.5　無機固体電解質系 168
　　　（1）　セラミックス固体電解質の出力性能向上 168
　　　（2）　ガラス電解質材料の開発 172
　2.3　負極電極と活性物質 175
　　2.3.1　炭素・黒鉛系 178
　　　（1）　負極炭素材料の開発 180
　　　（2）　負極炭素材料の黒鉛化条件と電池特性 182
　　　（3）　黒鉛化炭素微小球体とナノカーボンによる電荷移動抵抗低減 185
　　　（4）　負極用球晶黒鉛の開発 189
　　　（5）　パルスCVl法による負極用炭素の合成と表面修飾 192
　　2.3.2　シリコンとカーボンの複合系 196
　　　（1）　ナノSi-SiOx-C複合体の開発 196
　　　（2）　樹木状の炭素ナノ粒子付着したSiのナノ粒子 199
　　2.3.3　酸化物系 201
　　　（1）　ナノサイズ酸化鉄 201
　　　（2）　Li[Lil/3Ti5/3]O4のカーボン複合化技術および高率放電特性向上 202
　　　（3）　チタン酸リチウム負極の有機・無機二成分表面被膜形成 204
　　　（4）　チタン酸リチウム負極使用による安全性改善 207
　　　（5）　シリコン酸化物負極の開発 209
　　2.3.4　合金系 212
　　　（1）　長寿命化・信頼性確保に対しての課題 212
　　　（2）　検討されている材料 214
　　　（3）　最近の合金系負極の開発状況 215
　　　（4）　三次元規則配列多孔構造合金負極 219
　　　（5）　金属間化合物の創製と負極として機能の検討 220
　　2.3.5　シリコン系合 224
　　　（1）　Ti-Si合金負極材料の検討 224
　　　（2）　Si薄膜およびSi系複合薄膜 227
　　　（3）　シリコン基合金薄膜のナノファイバー組織と組成変調構造 231
　　2.3.6　スズ系合金 233
　　　（1）　V-Sn合金薄膜 233
　　　（2）　Sn系新負極材料 234
　　　（3）　Snめっき負極材料の電気化学特性 237
　　2.3.7　リチウム金属系 241
　　　（1）　リチウム金属系負極のデンドライト抑制とサイクル寿命向上 241
　2.4　セパレータ 245
　　2.4.1　ポリオレフィンセパレータ 245
　　　（1）　“HiPore”（ハイポア） 247
　　　（2）　3層膜セパレータ 248
　　　（3）　超高分子量ポリエチレン（Ultra High Molecular Weight Polyethylene） 249
　　　（4）　ハイブリッド車用セパレータの開発 249
　　　（5）　孔の高次構造を制御したポリオレフィン系耐熱性セパレータ 251
　　2.4.2　アラミド系 251
　　　（1）　耐熱性セパレータ“ペルヴィオ” 251
　　　（2）　メタ系アラミド“コーネックス”樹脂の多孔層で挟んだ三層構造 252
　　　（3）　セルロース系耐熱性セパレータ 252
　　2.4.3　無機物のコーティング 252
　　　（1）　板状無機微粒子コーティング 252
　　　（2）　表面保護層への無機材料の添加 253
　　　（3）　PET 不織布セラミッスコーティングSeparion 253
　　2.4.4　その他 255
　　　（1）　3DOM構造セパレータの開発 255
　　　（2）　セパレータ中のイオン移動と構造評価 255
　2.5　バインダー 256
　　　2.5.1　水系バインダーシステム 256
　　　2.5.2　α化されたヒドロキシアルキルエーテル化澱粉の利用 258
　　　2.5.3　正極スラリー塗布・乾燥工程の電池性能への影響 259

第３章　電池製品・システムに関する技術		 287
　3.1　急速充電・高出力のための単電池セル、電池モジュール、電池パックの開発 287
　　3.1.1　高速充放電リチウムイオン二次電池 287
　　3.1.2　チタン酸リチウム負極採用リチウムイオン二次電池 291
　　3.1.3　ラミネート型大形リチウムイオン二次電池の開発 297
　　3.1.4　急速充電性ラミネート型マンガン系リチウムイオン電池 300
　　3.1.5　大容量マンガン系ラミネート電池パック 302
　　3.1.6　一般産業用および自動車用大型リチウムイオン電池 306
　　3.1.7　電池多数を直列接続した高出力型リチウムイオン二次電池 310
　　3.1.8　モジュールマトリックス“Matrix”技術 314
　3.2　安全性のための開発 314
　　3.2.1　安全性向上のための材料開発 315
　　3.2.2　制御技術 318
　　　（1）　リチウムイオン電池の事故事例と回路設計の問題点 318
　　　（2）　ハイブリッド自動車用電池制御回路の開発 322
　　　（3）　参照電極と障害回避用薄膜の開発 326
　　3.2.3　難燃化 326
　　　（1）　難燃化剤添加電解液を用いたリチウムイオン二次電池の性能 327
　　　（2）　フッ化アルキル基含有有機溶媒添加による電解液の難燃化 330
　3.3　充放電技術 334
　　　（1）　自動車用充電システムの動向 334
　　　（2）　電気自動車のための充電設備と急速充電 335
　　　（3）　非接触電力伝送（ワイアレス充電）技術 336
　　　（4）　ロケット搭載大型リチウムイオン電池用充放電装置 340
   

第４章　用途別電池技術		 347
　4.1　自動車用途 347
　　4.1.1　自動車用充電システムの動向 347
　　　（1）　次世代自動車用電池開発の課題 349
　　　（2）　HEV・PHEV ・EVの現状と今後の動向 352
　　　（3）　プラグインハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池車のエネルギーストレージ技術 357
　　　（4）　HEVのパワーエレクトロニクス技術 361
　　　（5）　EVのパワーエレクトロニクス技術 364
　　　（6）　電気自動車“Rle”の開発 365
　　　（7）　電気自動車“i MiEV”の開発 369
　4.2　鉄道用途 373
　　　（1）　架線レスバッテリートラム 373
　　　（2）　直流電気鉄道の蓄電システム 375
　4.3　船舶用途 375
　　　（1）　深海探査機用リチウムイオン電池 375
　　　（2）　充電型フェリー 376
　4.4　航空宇宙用途 376
　　　（1）　宇宙用大型リチウムイオン電池 376
　　　（2）　惑星探査機“はやぶさ”搭載微小重力条件での性能 379
　4.5　通信用途 380
　　　（1）　通信用大容量リチウムイオン電池と直流給電システム 380
　4.6　系統連系用途 384
　　　（1）　リチウム二次電池を用いた系統連系円滑化蓄電システムの開発 386

第５章　次世代蓄電技術		 392
　5.1　リチウムイオンキャパシタ 392
　　5.1.1　大容量キャパシタの特徴と用途 394
　　5.1.2　キャパシタの性能向上技術 398
　　5.1.3　キャパシタの自動車用途への適用技術 402
　　5.1.4　自動車用電源への適用を目指したリチウムイオンキャパシタの開発 406
　　5.1.5　キャパシタハイブリッド型車載用鉛蓄電池“ウルトラバッテリー” 410
　　5.1.6　高分子ヒドロゲル電解質の水溶液系電気二重層キャパシタヘの応用 413
　　5.1.7　リチウムイオンキャパシタ負極材用バイモーダル多孔質カーボン 414
　　5.1.8　リチウムイオンキャパシタのエネルギー密度を高めるカーボンナノファイバー負極 415
　5.2　リチウム空気電池 416
　5.3　リチウム硫黄電池“全固体型リチウム硫黄電池” 420
□ このページのトップへ
□ エレクトロニクス分野の目次へ