第1章 リチウムイオン電池の概要(製造工程と原材料・部材) --- 1
1.1 リチウムイオン電池の基本構成と電気化学 --- 2
1.1.1 電池(セル)の基本構成 --- 3
1.1.2 正・負極の電気化学反応 --- 4
1.1.3 リチウムイオン電池の特徴 --- 5
1.1.4 セルの正常動作領域と正負極電位 --- 6
1.1.5 汎用有機電解液の電気分解領域 --- 7
1.1.6 極板の塗工パターン(正負、両面) --- 8
1.1.7 セルの電極構造と熱伝導(放熱) --- 9
1.2 電池の充放電特性、エネルギーとパワー --- 10
1.2.1 20Ahセルの充電と放電(充放電レート 0.2C～3C) --- 11
1.2.2 エネルギー特性とパワー特性 --- 12
1.2.3 Ragone plot、パワー特性の向上(質量kg基準表示) --- 13
1.2.4 リチウムイオン電池の中期目標 --- 14
1.3 製造プロセスと原材料、部材 --- 15
1.3.1 リチウムイオン電池の製造全工程 --- 16
1.3.2 全工程の原料、部材と工程のステップ --- 17
1.3.3 リチウムイオン電池製造、原材料と工程(1) --- 18
1.3.4 リチウムイオン電池製造、原材料と工程(2) --- 19
1.3.5 原材料と部材>EV電池メーカー --- 20
1.3.6 リチウムイオン電池生産の分業 --- 21
1.3.7 負極電極板の塗工と検査 --- 22
1.3.8 製造設備と工程費(大型セル) --- 23
第2章 正極材の選択(1) ハイニッケル&コバルト系 --- 24
2.1 正極材メーカーの動向、2021-2023 --- 24
2.1.1 正極材の新規生産計画、直近12ヶ月 --- 25
2.1.2 正極材の新規生産計画、～2022 --- 26
2.1.3 正極材メーカーのグローバル展開 --- 27
2.2 NMCxyzの特性と比較 --- 28
2.2.1 NMCxyz系正極材の放電特性(1) --- 29
2.2.2 NMCxyz系正極材の放電特性(2) --- 30
2.2.3 NMCxyz系正極材の放電特性(データ) --- 31
2.2.4 NMC三元の素原料コストと相対比較 --- 32
2.2.5 NMC単、二と三元系正極材の共通性 --- 33
2.3 NMCxyz三元系、選択の基礎理論と数量 --- 34
2.3.1 NMCxyz系正極材の理論容量 --- 35
2.3.2 NMCxyz系正極材の放電特性 --- 35
2.3.3 (参考)正極材の放電容量GWhあたり重量Kg --- 36
2.3.4 (参考)正極材ごとのリチウムLiの所用量、1,000GWhレベル --- 37
第3章 正極材の選択(2)、LFPなどコバルトフリー系 --- 38
3.1 正極材の新規計画一覧とLFPの基本特性 --- 39
3.1.1 LFP正極材による電池生産計画、メーカー別動向 --- 40
3.1.2 正極材の参入企業と動向、2Q/2022 --- 42
3.1.3 最近のコバルトフリー正極材の動向、2022/2Q --- 44
3.1.4 コバルトフリー正極材の比較(データ) --- 45
3.1.5 コバルトフリー正極材の比較(Ah) --- 46
3.1.6 コバルトフリー正極材の比較(Wh) --- 47
3.1.7 正極材のAh容量(単元、二・三元系) --- 48
3.1.8 (参考)正極材のLi Kg/kWh比較(1C容量)データ --- 49
3.1.9 (参考) 正極材のkWh放電容量あたり重量Kg --- 50
3.1.10 (参考)正極材の化学式、式量と(Li Kg/Ah)データ --- 51
3.2 LFP正極材の基礎特性 --- 52
3.2.1 鉄リン酸リチウム正極セル特性(1)容量とCレート --- 53
3.2.2 鉄リン酸リチウム正極セル特性(2)サイクル --- 54
3.2.3 正極材の粒径と比表面積とモルフォロジー --- 55
3.2.4 LFPの改良モルフォロジー --- 56
3.3 LFP正極電池の事例と傾向 --- 57
3.3.1 LFP正極のリチウムイオン電池、製品例 --- 58
3.3.2 エリーパワー(株)の角槽型LFP正極電池 --- 59
3.3.3 SAFT社のVL25Fe Cell --- 60
3.3.4 BYD社のLFP正極材電池とバス --- 61
3.3.5 中国におけるLFP正極材の生産、GGII --- 62
3.3.6 正極材の選択、中国電動自動車 2019/4月 --- 62
3.4 新規LFMP正極材の特性 --- 63
3.4.1 (部分引用)LFMPの台頭、日経産業新聞、2022/11/22 --- 64
3.4.2 新規LMFP正極材の特性比較 --- 65
3.4.3 LMFP正極材セルの放電カーブ(文献引用) --- 66
3.4.4 正極材の遷移元素の放電電位(文献値) --- 67
3.4.5 正極材の電気伝導率(mS/cm) --- 67
3.4.6 正極材の真比重と電極密度 --- 68
第4章 負極材の選択(1) 新・炭素系とリチウム・メタル --- 70
4.1 (炭素/リチウム)負極の基本特性 --- 71
4.1.1 正極と負極、主役と脇役 --- 72
4.1.2 各種負極材の理論容量 --- 73
4.1.3 炭素系負極の構造模式図 --- 74
4.1.4 炭素、黒鉛系負極材の品種とメーカー --- 75
4.2 等方性の炭素負極材 --- 77
4.2.1 炭素・黒鉛系負極材の異方性と特性 --- 78
4.2.2 負極材の選択とパワーVS.エネルギー(データ) --- 79
4.2.3 負極材の選択とパワーVS.エネルギー特性 --- 80
4.2.4 負極材の選択とセルの安全性 --- 81
4.3 リチウム・メタル負極 --- 82
4.3.1 リチウムメタル負極の開発、2023 --- 83
4.3.2 (記事部分引用)リチウム硫黄電池(GSyuasa、SSB) --- 84
4.3.3 正極と負極材の理論容量 --- 85
4.3.4 リチウムメタルと炭素の比較 --- 86
4.3.5 充放電可能なCell VOLUME 、イメージ図 --- 87
4.3.6 元素の電気伝導度 Ω・m --- 88
4.4 リチウム合金系負極 --- 89
4.4.1 負極材の理論容量(1)、mAh/gとmAh/cm3 --- 90
4.4.2 合金系負極材の体積変化と比較(比重) --- 91
4.4.3 合金系負極材の体積変化と比較(比体積) --- 92
4.4.4 合金系負極材のLi化ステップ --- 93
4.4.5 合金系負極材のLi数と実用域 --- 94
第5章 負極材の選択(2) LTOとNTO系 --- 95
5.1 LTO負極セルの特徴と材料サプライ --- 96
5.1.1 非炭素系負極材 --- 97
5.1.2 LTOとNTOの開発状況、2000～2023 --- 98
5.1.3 LTO 負極セルの反応 --- 99
5.1.4 LMO正極/LTO負極セルの充放電過程 --- 100
5.1.5 カーボン・コーティングLTOの容量とレート特性 --- 101
5.1.6 LTO負極セルのサイクル特性(放電容量維持率) --- 102
5.1.7 (引用)LTO負極セルの進歩 --- 103
5.1.8 表面カーボンコーティンによるLTO負極材の特性改良 --- 104
5.1.9 各社のLTO負極セルの特性 --- 105
5.1.10 三菱自動車MiEVのLTO負極電池 --- 106
5.2 NTO負極セル --- 107
5.2.1 NTO、LTOとC6の理論容量 --- 108
5.2.2 電池の電極構成と電解質溶液1.2Mの分布 --- 109
5.2.3 (引用) (株)東芝のNTO負極材、2023 --- 110
5.2.4 (引用) (株)東芝のNTO負極セル --- 111
5.2.5 TiO2系負極材の特性と比較 --- 112
5.2.6 WO5系負極材の特性と比較 --- 113
5.2.7 TiO2系とWO5系負極の理論容量(計算過程) --- 114
第6章 電解液と電解質(種類と特性) --- 115
6.1 汎用電解液系 --- 116
6.1.1 汎用電解液 --- 117
6.1.2 汎用有機電解液のイオン伝導度、温度変化 --- 118
6.1.3 ECベースの電解液とイオン伝導度 --- 119
6.1.4 汎用有機電解液の電気分解領域 --- 120
6.1.5 有機電解液の酸化、還元(HOMO、LUMO) --- 121
6.1.6 有機電解液の酸化、還元(データ) --- 122
6.2 汎用有機電解液のイオン伝導度、温度変化 --- 123
6.2.1 電解質(Li塩)の特性 --- 124
6.2.2 主な電解質(Li塩)の分子量と組成、2023 --- 125
6.2.3 各種電解質の特性、ステラケミファ社 --- 126
6.2.4 電解液と電解質 の一般特性 --- 127
6.2.5 電解質のリチウムイオン、動き易さ --- 128
6.3 新規な電解質の特性と応用 --- 129
6.3.1 (文献引用)(NMC622/LiFSI/Liメタル)セル --- 130
6.3.2 電解液及び電解質の酸化、還元(HOMO、LUMO) --- 130
6.3.3 (文献)LiFSIの特性と応用 --- 131
6.3.4 (文献引用)Li+の脱溶媒和 --- 131
第7章 セパレータ、民生用と電動車用 --- 132
7.1 セパレータの現状と増設計画 --- 133
7.1.1 セパレータメーカー一覧 --- 134
7.1.2 セパレータに関する現状と新規計画、2021 --- 134
7.1.3 国内電池材料関係の補助2023、経済安全保証推進法 --- 135
7.1.4 金属・樹脂材料の供給サプライ・チェーン(難易度) --- 136
7.1.5 金属・樹脂材料のサプライ・チェーン --- 137
7.1.6 金属・樹脂材料の供給SC、基盤の産業 --- 138
7.1.7 セパレータ面積の試算 EV100万台/年 --- 139
7.2 電動車用セパレータ --- 140
7.2.1 リチウムイオン電池と温度、熱暴走 --- 141
7.2.2 セパレータのシャットダウン特性 --- 142
7.2.3 セパレータの機能と温度(モデル) --- 143
7.3 (資料)セパレータの種類と製法 --- 144
7.3.1 セパレータの種類と製法 --- 145
7.3.2 樹脂基材セパレータの製法 --- 146
7.3.3 各種セパレータの特徴 --- 146
7.3.4 新しい機能性セパレータ --- 147
第8章 電極バインダー(有機系/水系の選択と乾式工程) --- 148
8.1 バインダー全体の開発動向 --- 149
8.1.1 バインダー、導電剤と機能の発現 --- 150
8.1.2 各種バインダーポリマーの構造と配合 --- 150
8.1.3 正極材の選択と電極バインダーの選定 --- 151
8.1.4 電極バインダーに関する動向、～2023 --- 152
8.1.5 電極バインダーの現状と展開、2022 --- 153
8.1.6 各種負極材の膨張率とバインダー --- 155
8.1.7 ポリイミド、ポリアミド・イミド系バインダー --- 156
8.1.8 バインダーポリマーの耐熱性アップ --- 157
8.2 PVDFバインダーとNMPのサプライ --- 158
8.2.1 PVDFバインダーに関する動向、～2021 --- 159
8.2.2 PVDFメーカーの製品と増産計画 --- 161
8.2.3 PVDFの原料(モノマー)のサプライ・チェーン --- 162
8.2.4 溶剤NMPの合成ルート --- 163
8.2.5 正極のバインダーとNMPの使用量、NMC811 --- 164
8.2.6 正極のバインダーとNMPの使用量、LFP --- 166
8.3 電極板製造とドライプロセスへの取り組 --- 167
8.3.1 極板の塗工パターン(正負、両面) --- 168
8.3.2 電極板の断面と塗工欠陥 --- 168
8.3.3 電極板の塗工>乾燥の効率モデル --- 169
8.3.4 乾式プロセスへの取り組、2022-23 --- 171
8.3.5 欧州のドライプロセス開発(1) --- 172
8.3.6 欧州のドライプロセス開発(2) --- 173
8.3.7 ポリマーのガラス転移点Tgと融点Tm --- 174
8.3.8 PVDFの酸化、還元(分子軌道計算) --- 175
8.4 ドライプロセスの特許と各社の方法の紹介 --- 176
8.4.1 特許国際分類IPC、ドライ電極製造 --- 177
8.4.2 ドライ電極製造、マクスウエル社特許(1) --- 177
8.4.3 ドライ電極製造、マクスウエル社特許(2) --- 178
8.4.4 ダイキン工業(株)のドライプロセス --- 178
8.4.5 米AMB社の乾式プロセス --- 179
8.4.6 (株)東芝のSCdEプロセス、2023 --- 179
8.4.7 エレクトロスピニング(紡糸) --- 180
8.4.8 エレクトロスピンPVDFファイバー --- 180
8.4.9 (引用)GSユアサの静電塗装セパレータ --- 181
8.4.10 ポリマーゲルをセパレータとした例 --- 182
8.4.11 ポリマー系材料のハイブリッド化 --- 183
第9章 集電箔と外装型式(円筒、角槽と平板) --- 184
9.1 集電箔の電気化学と選定 --- 185
9.1.1 銅箔とアルミ箔の選択 --- 186
9.1.2 集電箔の厚さと目付量 --- 187
9.1.3 標準1Ahセル 体積と重量 --- 188
9.1.4 アルミニウム(正極)集電箔の電気化学的な特性 --- 189
9.1.5 銅(負極)集電箔の電気化学的な特性 --- 190
9.1.6 極板の欠陥と不良例 --- 191
9.1.7 過放電によるセルのガス膨張と電極板の崩壊 --- 192
9.2 電池の外装型式(円筒、角槽と平板) --- 193
9.2.1 セルの内部構造と熱伝導(放熱) --- 194
9.2.2 電池(セル)の外装型式と電極板製造 --- 195
9.2.3 大形リチウムイオン電池の外装型式と特性(1) --- 196
9.2.4 大形リチウムイオン電池の外装型式と特性(2) --- 196
9.2.5 EV用電池の外装型式、多様性と選択 --- 197
9.2.6 EV用リチウムイオン電池の外装型式とメーカー --- 198
9.2.7 自動車用電池の外形と容量(1)日本車 --- 199
9.2.8 自動車用電池の外形と容量(2)欧米車 --- 199
9.3 電池の外観図(円筒、角槽と平板) --- 200
9.3.1 円筒型 --- 201
9.3.2 角槽型 --- 201
9.3.3 平板型のタブ端子 --- 202
9.3.4 最近の高性能平板型 --- 202
第10章 電池の特性(比容量と比出力) --- 203
10.1 エネルギー特性とパワー特性 --- 204
10.1.1 エネルギーとパワー、トレードオフ --- 205
10.1.2 エネルギー特性の低下、パワー特性の低下 --- 206
10.1.3 Ragone Plot、パワー特性(質量kg基準表示) --- 206
10.1.4 最近の製品電池の比容量(1)、2018-2019 --- 207
10.1.5 最近の製品電池の比容量(2)、2018-2019 --- 208
10.2 電解液系セルの比容量(正極材レベル) --- 209
10.2.1 LFP系およびNMC系の製品電池、比容量Wh/Kg --- 210
10.2.2 円筒型セルのAh容量、体積V、表面積SとS/V --- 211
10.2.3 4680Cell(TESLA社)推定データ --- 212
10.2.4 円筒型セルのAh容量と比容量Wh/kg --- 213
10.2.5 電解液系電池の理論限界は!、全固体の領域は? --- 214
10.2.6 現在の液系リチウムイオン電池、300Wh/Kg --- 215
10.2.7 電解液電池の比容量モデルと極限比容量 --- 216
10.2.8 セルの比容量Wh/kgの向上モデル --- 218
10.2.9 比容量レベル Max 400Wh/Kg --- 219
10.3 単電池の比容量と搭載システムの重量 --- 220
10.3.1 単電池の比容量Wh/kgとBEV車載電池の重量kg --- 221
10.3.2 電池の比容量とEV搭載電池重量Kg(グラフ) --- 222
10.3.3 セルのモジュール化に伴う比容量の低下(モデル) --- 223
第11章 全固体リチウムイオン電池の実用化 --- 224
11.1 液体電解質から固体電解質へ --- 225
11.1.1 何故に “ 全固体電池 ”か --- 226
11.1.2 液系電解液(質)から全固体電解質へ --- 227
11.1.3 電解質のイオン伝導度(理化学値) --- 228
11.1.4 電解質のイオン伝導度(デバイス値) --- 229
11.1.5 固体粒子間のLi+移動、模式図 --- 230
11.1.6 固体粒子間の接触界面、模式図 --- 230
11.2 硫化物系と酸化物系(参入企業と動向) --- 231
11.2.1 硫化物系全固体電池の開発、2022-23 --- 232
11.2.2 硫化物系全固体電池の特性例(日立造船(株)) --- 233
11.2.3 酸化物系全固体電池の開発、2022-23 --- 234
11.2.4 半固体電解質電池の開発、2022-23 --- 235
11.2.5 全固体電池への参入企業(パターン) --- 236
11.2.6 全固体電池の開発(1)自動車メーカー --- 237
11.2.7 全固体電池の開発(2)既存電池メーカー --- 238
11.3 EV用途の全固体電池(高温域の可能性) --- 239
11.3.1 BEV用途の全固体電池、Q2/2023 --- 240
11.3.2 自動車用全固体電池、開発情報(1)発売時期一覧 --- 242
11.3.3 自動車用全固体電池、開発情報(2)～2021/1Q --- 242
11.3.4 課題 BEVの安全性規格の制定と運用 --- 243
11.3.5 熱制御型PHV/HV 全固体電池システム --- 244
11.3.6 ダイムラー社HEVの電池配置と冷却方法(2005) --- 245
11.3.7 固体電解質の温度と電池の機能モデル --- 246
11.4 全固体電池への期待とロードマップ --- 247
11.4.1 全固体リチウムイオン・セルへの期待 --- 247
11.4.2 BEV用リチウムイオン電池のシナリオ、逆転も可能 --- 248
11.4.3 NEDOの全固体電池ロードマップ --- 248
11.5 (参考) EVにおける電池の発熱と冷却 --- 249
11.5.1 リチウムイオン電池の発熱理論(1) --- 250
11.5.2 リチウムイオン電池の発熱理論(2) --- 250
11.5.3 EV用電池ユニットの急速充電と発熱データ --- 251
11.5.4 主要EVの電池システムの冷却方式、2023 --- 252
11.5.5 平板型電池ユニットの自然空冷方式 --- 254
11.5.6 TESLA社 Model-S、循環水冷方式 --- 254
11.5.7 Audi eーtron EVの間接液体冷却方式 --- 255
11.5.8 VW車のID.3とID.4、間接水冷方式 --- 255
第12章 双極子(バイポーラー)電池 --- 256
12.1 電極構造と電極端子 --- 257
12.1.1 電池(セル)の基本構成 --- 258
12.1.2 単極子セルの電極構造 --- 259
12.1.3 双極子(バイポーラー)型リチウムイオン電池(セル) --- 260
12.1.4 バイポーラーセルの製品事例 --- 261
12.1.5 双極子(バイポーラー)型セルの構成(1) --- 262
12.1.6 双極子(バイポーラー)セルの構成(2) --- 263
12.1.7 双極子(バイポーラー)セルの構成(3) --- 264
12.1.8 双極子セルと正・負極材の選択(1) --- 265
12.1.9 双極子セルと正・負極材の選択(2) --- 266
12.1.10 バイポーラー型ニッケル水素電池、PEVE --- 267
12.1.11 (引用)バイポーラー型NiMHセル --- 267
12.2 電極板の塗工方式(両面か片面) --- 268
12.2.1 双極子(バイポーラー)セルのユニット(1 通電可能) --- 269
12.2.2 双極子(バイポーラー)セルのユニット(2 通電不可) --- 270
12.2.3 単極子セルの電極断面図、同極の両面電極層 --- 271
12.2.4 電極板の塗工方式(流れ方向) --- 272
12.2.5 逐次片面方式、ヒラノテクシード(株)汎用塗工機 --- 273
12.2.6 同時両面塗工、東レエンジニアリング(株) --- 273
12.2.7 銅箔とアルミ箔の選択 --- 274
12.3 セルの接続(直列と並列) --- 275
12.3.1 単電池、組電池とシステム --- 277
12.3.2 組電池とシステム JIS C 8715-1引用 --- 278
12.3.3 並列セルの定電圧充電 (4.2V) --- 278
12.3.4 直列セルの定電流充電(5A) --- 279
12.3.5 単純直列充電におけるセルの過充電 --- 279
12.3.6 三直列セルの過充電(ガス膨張) --- 280
12.3.7 過充電セルの膨張率と特性変化 --- 280
12.3.8 過充電セル(膨張)の経過 --- 281
12.3.9 均等充電とBMS(公開特許図面) --- 282
12.3.10 放電電圧モデル、双極子vs.単極子 --- 283
12.3.11 アルミ箔上の鉄リン酸リチウム正極セル特性 --- 283
12.4 全固体電池と半固体電池との関連 --- 284
12.4.1 APB、三洋化成工業、2020/12/21 --- 285
12.4.2 京セラ(株)のENEREZZA --- 286
12.4.3 双極子(バイポーラー)セルの可能性 --- 287
12.4.4 (引用)トヨタ自動車の双極子型全固体電池(1) --- 288
12.4.5 (引用)トヨタ自動車の双極子型全固体電池(2) --- 289
12.4.6 (記事の部分引用)(株)東芝の双極子型全固体SCiB --- 290
12.5 双極子セルの製造方法 --- 291
12.5.1 双極子セルと電解質(液)の関係 --- 292
12.5.2 単極子セルへの電解液の侵入方向 --- 293
12.5.3 単極子セルの製造工程 --- 294
12.5.4 リチウムイオン電池(セル)の外装型式 --- 295
12.5.5 ポリマーゲルによる内部短絡回避 --- 296
12.5.6 PVDFゲル電解液系のイオン伝導度 --- 297
12.5.7 双極型電池の製造方法、特許公開 --- 297
12.5.8 バイポーラー型全固体電池(特許公開1) --- 298
12.5.9 バイポーラー型全固体電池(特許公開2) --- 298
第13章(終章) まとめ --- 299
13.1 蓄電デバイスの課題 --- 300
成書と参考資料一覧 ---