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No.R04P0170

ポストリチウムに向けた革新的二次電池の材料開発

出版日 2018年2月
価格
印刷タイプ 45,360円(税込)
ページ数 B5判 372ページ
発行<調査・編集> (株)エヌ・ティー・エス

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レポート内容

■概要■
 ・ポストリチウムイオン電池開発に向けた新規部材研究の最新動向を追う!
 ・急速に電動化への舵を取り始めた自動車業界注目のポストリチウムイオン電池研究を材料開発の側面から俯瞰する!
 ・新たなステージに突入したポストリチウムイオン電池研究、その部材開発の最前線を追う!

■執筆者(執筆順)■
境 哲男
国立研究開発法人産業技術総合研究所関西センター 上席イノベーションコーディネータ/山形大学有機材料システム研究推進本部 特任教授
木村 建次郎
神戸大学大学院理学研究科 准教授
鈴木 章吾
神戸大学大学院理学研究科 博士前期課程
松田 聖樹
神戸大学大学院理学研究科 博士前期課程
美馬 勇輝
(株)Integral Geometry Science 上級基礎科学研究員
木村 憲明
(株)Integral Geometry Science 代表取締役社長
荒井 創
東京工業大学物質理工学院 教授
松林 伸幸
大阪大学基礎工学研究科 教授
佐伯 卓哉
シーメンスPLMソフトウェア・コンピューテイショナル・ダイナミックス(株)
Simcenter Customer
Support Application Engineer
幸 琢寛
技術研究組合リチウムイオン電池材料評価研究センター(LIBTEC)第2研究部兼第3研究部 主幹研究員
劉 奕宏
国立台南大学環境生態学部 准教授
本間 剛
長岡技術科学大学大学院工学研究科物質材料工学専攻 准教授
小松 高行
長岡技術科学大学 名誉教授
金澤 昭彦
東京都市大学工学部 教授
八尾 勝
国立研究開発法人産業技術総合研究所エネルギー・環境領域電池技術研究部門 主任研究員
市川 貴之
広島大学大学院工学研究科 教授
松本 健俊
大阪大学産業科学研究所第2研究部門(材料・ビーム科学系)半導体材料・プロセス研究分野小林研究室 准教授
道見 康弘
鳥取大学大学院工学研究科 助教
薄井 洋行
鳥取大学大学院工学研究科 准教授
坂口 裕樹
鳥取大学大学院工学研究科 教授
向井 孝志
ATTACCATO 合同会社 代表
山下 直人
ATTACCATO 合同会社
池内 勇太
ATTACCATO 合同会社
坂本 太地
ATTACCATO 合同会社 副代
冨安 博
(株)クオルテック研究開発部 顧問
朴 潤烈
(株)クオルテック 顧問
新子 比呂志
(株)クオルテック研究開発部 部長
窪田 啓吾
国立研究開発法人産業技術総合研究所産総研・京大オープンイノベーション ラボラトリ主任研究員
松見 紀佳
北陸先端科学技術大学院大学先端科学技術研究科物質化学領域 教授
井手 仁彦
三井金属鉱業(株)機能材料研究所電池材料プロジェクトチーム グループリーダー
印田 靖
(株)オハラ特殊品事業部LB-BU LB課 LB課長補佐
吉尾 正史
国立研究開発法人物質・材料研究機構機能性材料研究拠点 主幹研究員/北海道大学大学院総合化学院機能物質化学講座 客員教授
折笠 有基
立命館大学生命科学部 准教授
櫻井 庸司
豊橋技術科学大学大学院工学研究科 教授
東城 友都
豊橋技術科学大学大学院工学研究科 助教
稲田 亮史
豊橋技術科学大学大学院工学研究科 准教授
津田 哲哉
大阪大学大学院工学研究科 准教授
陳 致堯
大阪大学大学院工学研究科 特任研究員
桑畑 進
大阪大学大学院工学研究科 教授/国立研究開発法人産業技術総合研究所 関西センター クロスアポイントメント・フェロー
森 良平
冨士色素(株) 代表取締役社長
紺野 昭生
CONNEXX SYSTEMS(株)研究開発本部 エンジニア
中原 康雄
CONNEXX SYSTEMS(株)研究開発本部 マネージャー
的場 智彦
CONNEXX SYSTEMS(株)研究開発本部 エンジニア
可知 直芳
CONNEXX SYSTEMS(株)研究開発本部 開発企画室長
塚本 壽
CONNEXX SYSTEMS(株) 代表取締役
宮崎 晃平
京都大学大学院工学研究科 助教
宮原 雄人
京都大学大学院工学研究科 助教
福塚 友和
京都大学大学院工学研究科 准教授
安部 武志
京都大学大学院工学研究科 教授
野村 晃敬
国立研究開発法人物質・材料研究機構エネルギー・環境材料研究拠点二次電池材料グループ 研究員
久保 佳実
国立研究開発法人物質・材料研究機構ナノ材料科学環境拠点リチウム空気電池特別推進チーム チームリーダー/特命研究員
石原 達己
九州大学工学研究院応用化学部門 教授
森下 正典
山形大学有機材料システム研究推進本部 産学連携准教授
海野 裕人
新日鉄住金マテリアルズ(株)技術総括部事業開発グループ マネジャー
魚崎 浩平
国立研究開発法人物質・材料研究機構 フェロー/理事長特別参与/エネルギー環境材料研究拠点 拠点長/ナノ材料科学環境拠点 拠点長/国際ナノアーキテクトニクス拠点 主任研究者 北海道大学名誉教授/北海道大学大学院総合化学院 客員教授
片山 慎也
国立研究開発法人科学技術振興機構環境エネルギー研究開発推進部 技術参事
荻原 秀樹
BMW GROUP
Georg Steinhoff
BMW GROUP
Peter Lamp
BMW GROUP

-CONTENTS-

<序論>自動車電動化に向けての最新動向と課題、次世代電池に対する期待
 ・はじめに
 ・自動車メーカー各社の対応状況
 ・電池生産量の増大と今後の課題
 ・今後の展望

<1>解析/性能診断技術
1.高分解能電流経路映像化システムの開発
 ・はじめに
 ・背景
 ・蓄電池外部の磁場の空間分布の計測結果から蓄電池内電流の空間分布を決定する理論
 ・コンピュータによる数値的-導電率再構成
 ・結論
2.電池内部での電極挙動その場観察手法の開発と成果
 ・はじめに
 ・バルク遷移挙動の観察
 ・電極内反応分布の観察
 ・界面挙動の観察
 ・おわりに
3.MDシミュレーションと空間分割表式による電気伝導度の全原子解析
 ・はじめに
 ・電気伝導度の空間分割
 ・水溶液とイオン液体の解析
 ・おわりに
4.電池反応シミュレーションソフトを用いての解析技術
 ・はじめに
 ・多孔性電極理論
 ・内部抵抗成分の分離・定式化
 ・さまざまな電極のモデル化
 ・電気化学インピーダンス分光法(EIS)
 ・パック・モジュール解析
5.電池劣化シミュレーション分析技術
 ・はじめに
 ・LIBの劣化要因
 ・電池シミュレーションの概略
 ・dV/dQ曲線を利用したシミュレーションの準備
 ・サイクル劣化シミュレーション
 ・反応分布のあるdV/dQの解析事例
 ・おわりに
6.LC -MS及びDART-MSを用いた電解液及び電極表面の組成分析
 ・はじめに
 ・DART-MSの作動原理及び電池材料分析での応用
 ・VCの添加による電池の性能への影響
 ・LC-MSによる電解液の分析
 ・DART-MSによる電極表面の分析
 ・電極表面のリン酸エステルの生成反応機構
 ・おわりに

<2>正極材料の開発
1.ガラス結晶化法による鉄リン酸塩系二次電池正極材料の開発
 ・はじめに
 ・結晶化ガラスによるリン酸鉄系正極の合成
 ・マンガンリン酸系における特異な結晶化
 ・非晶質リン酸鉄ナトリウムの電気化学特性
 ・おわりに
2.レドックス導電性ポリ硫化炭素系正極材料の開発
 ・リチウムイオン二次電池における硫黄系正極材料
 ・有機イオウ系高分子材料
 ・化学合成ポリ硫化炭素の開発
 ・ポリ硫化炭素のリチウムイオン二次電池用正極材への応用
 ・まとめと今後の展望
3.ナフタザリン骨格を有する高容量有機正極材料の開発
 ・はじめに
 ・低分子性キノン類を用いたリチウム二次電池
 ・課題と展望

<3>負極材料の開発
1.水素化マグネシウムを用いた全固体リチウムイオン電池負極材料の開発
 ・はじめに
 ・水素貯蔵材料としての水素化マグネシウムと水素化ホウ素リチウム
 ・固体電解質としての水素化ホウ素リチウムと負極材料としての水素化マグネシウム
 ・水素マグネシウムの負極特性
 ・今後の展開
2.シリコン/カーボンナノ複合体電極材料の開発
 ・シリコン/カーボンナノ複合体電極材料の開発の狙い
 ・シリコンとカーボンの混合
 ・シリコン表面のカーボンコートによるシリコン/カーボン複合体の作製
 ・新規シリコン材料とカーボンの複合化
 ・おわりに
3.シリコン系負極の開発とイオン液体の適用
 ・はじめに
 ・イオン液体電解液のカチオンの最適化
 ・イオン液体電解液のアニオンの最適化
 ・コンポジット電極へのイオン液体電解液の適応性
 ・おわりに
4.シリコン負極用無機系バインダの開発
 ・はじめに
 ・バインダの分類と無機系バインダ
 ・ケイ酸系無機バインダを用いたSi負極の特性
 ・リン酸系バインダを用いたSi負極の特性
 ・ケイ酸系バインダをコートしたSi負極の開発と充放電特性
 ・ケイ酸系バインダをコートしたSi負極の釘刺し安全性
 ・おわりに

<4>新規電解液の開発
1.電位窓が3Vを超える水系電解液の開発と水系キャパシタの新展開
 ・はじめに
 ・水の構造と電気分解
 ・水のNMR測定
 ・CV測定
 ・電解液としての飽和過塩素酸ナトリウム水溶液
 ・安全性評価
 ・おわりに
2.高温作動Li(Na)イオン二次電池に向けた溶融塩電解液の開発
 ・はじめに
 ・高温作動電池および溶融塩電解液のコンセプト
 ・溶融塩電解液の熱物性
 ・溶融塩の電気化学安定性
 ・溶融塩電解液の輸送物性
 ・おわりに-今後の課題
3.異常に高いリチウムイオン輸率を示すイオン液体/ホウ素二成分系電解質
 ・はじめに
 ・イオン液体/ホウ酸エステル二成分系電解液の創出
 ・おわりに

<5>固体電解質および固体電池の開発
1.アルジロダイト型硫化物固体電解質の開発
 ・はじめに
 ・三井金属における硫化物系全固体電池材料の開発
 ・アルジロダイト型硫化物固体電解質
 ・硫化物系固体電解質の電気化学特性
 ・全固体電池技術実現で期待される電池性能
 ・層状正極を用いた全固体電池の高充電圧電池特性
 ・高電位正極LNMOを用いた全固体電池の高充電圧電池特性
 ・アルジロダイト型硫化物固体電解質の化学的安定性
2.酸化物系固体電解質「LICGC」の開発
 ・はじめに
 ・酸化物系固体電解質
 ・リチウムイオン伝導性ガラスセラミックス(LICGCTM)
 ・リチウムイオン伝導性ガラスセラミックスの空気電池用電解質としての応用
 ・新しいガラスセラミックス電解質(LICGCTM:焼結体-01)
3.高速イオン伝導体の開発
 ・はじめに3
 ・ポリエーテル系高分子電解質
 ・ポリアニオン型リチウム塩系高分子電解質
 ・イオン液体系高分子電解質
 ・分子自己組織化を活用するナノ構造高分子電解質
 ・おわりに

<6>革新的二次電池の開発
1.高エネルギー密度マグネシウム二次電池の開発
 ・はじめに
 ・ポリアニオン化合物を用いた正極材料の設計
 ・まとめ
2.カルシウムイオン二次電池の開発
 ・はじめに
 ・カルシウムイオン電池用正極材料の設計指針
 ・一次元トンネル構造材料の評価例(FeF3・0.33H2O)
 ・二次元層状構造材料の評価例(Ca0.5CoO2)
 ・三次元フレームワーク構造材料の評価例(プルシアンブルー類似体;PBA)
 ・おわりに
3.アルミニウム金属二次電池の開発
 ・はじめに
 ・電解液
 ・アルミニウム金属負極
 ・さまざまな正極活物質
 ・まとめ
4.アルミニウム-空気二次電池の開発
 ・はじめに
 ・研究背景
 ・結果と考察
 ・まとめ
5.高温型金属-空気二次電池 SHUTTLE BatteryTMの開発
 ・背景
 ・SHUTTLE BatteryTMとは
 ・ボタン型SOFCを用いたSHUTTLE Batteryの充放電サイクル試験
 ・SHUTTLE Batteryを用いた大型蓄電設備
 ・SHUTTLE Batteryと「水素社会」
 ・結言
6.亜鉛-空気二次電池の開発
 ・亜鉛金属負極
 ・空気極
 ・まとめ
7.リチウム空気電池用のカーボンナノチューブ空気極の開発
 ・はじめに
 ・リチウム空気電池の空気極
 ・巨大なセル容量を可能にするCNTシート空気極
 ・今後の展望
8.デュアルカーボン電池の開発
 ・はじめに
 ・黒鉛にインターカレートするアニオン種と電子状態
 ・アニオンのインターカレーション反応を用いた電池
 ・おわりに
9.鉄系集電箔を用いた高容量NCA正極/Si負極電池の開発
 ・はじめに
 ・NCA正極
 ・Si負極
 ・レーザーのよる鉄系集電箔の切断技術
 ・おわりに

<7>国内と欧州の開発動向
1.車載用次世代型二次電池開発戦略と今後の展望
 ・科学技術振興機構(JST)次世代蓄電池研究加速プロジェクト(ALCA-SPRING)
 ・各チームの取組みと成果
 ・今後のとり進めについて
2.BMWの電動化に向けた取り組みと求められる電池性能
 ・はじめに
 ・BMWの電動化に向けた取り組み
 ・求められる電池性能
 ・展望

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