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車載用リチウムイオン電池の高安全・評価技術    
High Safety and Evaluation Technologies in Lithium-ion Batteries for xEV
[コードNo.2017T044]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 吉野彰、佐藤登
■体裁/ B5判 296ページ
■発行/ 2017年4月28日 (株)シーエムシー出版
■定価/ 86,400円(税・送料込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-1242-2

 
★環境規制で年々加速する自動車の電動化!
★HEVの積極拡大とxEVの全方位展開を保証するリチウムイオン電池の高安全性!
★電気自動車用リチウムイオン電池の材料・部品についても詳述!
★安全性評価技術、次世代電池、電池リサイクル、市場展望も言及!

キーワード

ZEV / LIB / xEV / HEV / PHEV / 内部発熱 / Thermal Runaway / 熱暴走 / 無機物層表面被覆 / 安全性試験 / 保護回路 / SOC / フェールセーフ / 正極活物質 / LTO負極 / 電解質系 / セパレータ / バインダー / パッケージング

著者一覧

吉野彰旭化成(株)
佐藤登名古屋大学;エスペック(株)
鳶島真一群馬大学
高見則雄(株)東芝
江守昭彦日立化成(株)
小林弘典(国研)産業技術総合研究所
常山信樹住友金属鉱山(株)
武内正隆昭和電工(株)
堀尾博英森田化学工業(株)
西川聡帝人(株)
山田一博東レバッテリーセパレータフィルム(株)
河野公一東レバッテリーセパレータフィルム(株)
薮内庸介日本ゼオン(株)
脇坂康尋日本ゼオン(株)
山下孝典大日本印刷(株)
右京良雄京都大学
末広省吾(株)住化分析センター
新村光一(株)本田技術研究所
野口実(株)本田技術研究所
中村光雄(株)SUBARU
梶原隆志エスペック(株)
奥山新エスペック(株)
楠見之博(株)コベルコ科研
辰巳砂昌弘大阪府立大学
林晃敏大阪府立大学
井手仁彦三井金属鉱業(株)
所千晴早稲田大学
大和田秀二早稲田大学
薄井正治郎JX金属(株)
稲垣佐知也(株)矢野経済研究所

目 次

【第T編 総論】
第1章リチウムイオン電池の安全性に関する一考察
1はじめに
2車載用リチウムイオン電池の市場動向
3安全性に関する技術進歩
3.1無機物層表面被覆
3.2Thermal Runaway抑制技術の進歩
3.3固体電解質電池の登場
4安全性向上に関する今後の展開方向
第2章車載用リチウムイオン電池の安全性概論
1自動車業界間に課せられる環境規制と各社のビジネスモデル
2欧州勢を中心としたEV動向と各社戦略
3群雄割拠となるEVワールド
4電池業界の動向と戦略
4.1自動車業界と一体化した日本の電池業界
4.2日韓電池業界の今後の課題
5車載用電池の信頼性・安全性確保に関するビジネスモデル
5.1各種電池の事故・リコールの歴史
5.2受託試験ビジネスと認証事業による開発効率向上
6日本の部材各社のビジネスモデル
7次世代革新電池研究から電池事業ビジネスモデルまで
【第U編 リチウムイオン電池の高安全化技術】
第3章安全性の現状、課題と向上策
1はじめに
2リチウムイオン電池の市場トラブル例
2.1事故原因の解析と対策品の安全性
2.2電池の複数社調達(供給)
2.3液漏れの課題
3リチウムイオン電池の安全性評価の基本的な考え方
4リチウムイオン電池の安全性試験
4.1重要試験項目
4.2内部短絡試験
5完全放電状態の電池の熱暴走
6まとめと今後の展開
第4章安全、高出入力、長寿命性能に優れたチタン酸リチウム負極系二次電池
1諸言
2電池性能と安全性の課題
3基本性能と安全性
3.1LTO粒子のLi吸蔵・放出反応の速度論
3.2LTO負極系二次電池の特長
3.3安全技術
3.4高出力型LTO/LMO系セル
3.5高エネルギー型LTO/NCM系セル
4今後の展望
第5章電池制御システムによる高安全化技術
1まえがき
2電池制御アーキテクチャ
2.1電池制御回路
2.2電池制御専用IC
2.3均等化回路
3電池制御ソフト
3.1ソフト構成
3.2電池制御パラメータの定義
3.2.1SOC
3.2.2SOH
3.2.3許容電流(電力)
4高安全、高信頼システム
4.1漏電検出
4.2フェールセーフ
5むすび
【第V編 電池材料から見た安全性への取り組み】
第6章電気自動車用リチウムイオン電池
1はじめに
2車載用LIBのセル設計
3車載用LIBの材料構成
4高性能化へ向けた材料開発の進展
5安全性の視点からの考察
6おわりに
第7章正極活物質用非鉄金属原料確保の必要性
1BEV伸長には非鉄金属原料確保が必須
2ニッケルは大丈夫か?
3BEV向け正極活物質用ニッケルをさらに確保するために
3.1ニッケル資源の新規開発
3.2電気ニッケルの使用
3.3リサイクル推進
4コバルトは危機的状態
5コバルト対策は?
5.1新規ニッケル鉱山開発からのバイプロダクトに期待
5.2コバルト使用量の削減
5.2.1NCAの優位性
5.2.2LFPはコバルトを使用しないという点が魅力
5.2.3PHV、HEVとの共存
6マンガンは心配いらない
7ここ数年間、リチウムは供給タイト
7.1Big4の動向
7.2新興勢力
8おわりに
第8章負極材料
1はじめに:昭和電工の黒鉛系Liイオン二次電池(LIB)関連材料紹介
2炭素系LIB負極材料の開発状況
2.1LIB負極材料の種類と代表特性
2.2LIB要求項目
2.3各種炭素系LIB負極材料の特性
3人造黒鉛負極材のサイクル寿命、保存特性、入出力特性の改善
3.1人造黒鉛SCMG®-ARの特徴
3.2人造黒鉛SCMG®(AGr)、表面コート天然黒鉛(NGr)の耐久試験後の解析
3.3人造黒鉛SCMG®の急速充放電性(入出力特性)改良
3.4人造黒鉛SCMG®のさらなる高容量化:Si黒鉛複合負極材の開発
4VGCF®のLIB負極用導電助剤としての状況
第9章電解質系
1はじめに
2中国における電気自動車と電解質の市場動向
3電解質の種類
3.1LiPF6
3.2LiBF4
3.3LiTFSI
3.4LiFSI
3.5LiPO2F2
4電解質に対する顧客の要求
5中国における原材料調達
6車載用の電池と電解質
7電解質の安全性について
8中国における電池及び電解質事業の実態
9北米及び欧州における電池及び電池材料
10電気自動車市場の真実
11まとめ
第10章セパレータ
1はじめに
2ポリオレフィン微多孔膜とシャットダウン機能
3耐熱加工ポリオレフィン微多孔膜
4不織布セパレータ
5接着層加工ポリオレフィン微多孔膜
6おわりに
第11章高エネルギー密度・高入出力化に向けたセパレータ材料の安全性への取り組み
1リチウムイオン二次電池とその動向
1.1リチウムイオン二次電池の登場
1.2LIBのセル種とその用途拡大
1.3LIBの高エネルギー密度化と高入出力化
2LIBセパレータの役割
2.1第1の役割「極板間の電子的絶縁性」
2.2第2の役割「極板間のイオン伝導性」
2.3第3の役割「LIB長期寿命への寄与」
2.4第4の役割「高LIB安全化への寄与」
3LIBセパレータの製造プロセス
4LIBセパレータの製品設計
4.1高エネルギー密度化・高入出力密度化に向けた製品設計
4.2高安全化に向けた製品設計
5LIBセパレータの技術動向
5.1高強度化/薄膜化、圧縮性制御(機械的性質関連)
5.2シャットダウン(閉孔)の低温化
5.3熱破膜(メルトダウン)の高温化
5.4高電圧化対応
5.4.1セパレータ表面の酸化現象
5.4.2セパレータの酸化抑制
5.5細孔構造制御
5.6その他技術動向
6次世代に向けて
6.1デンドライト成長検出技術
6.2評価技術の高度化
7最後に
第12章機能性バインダー
1はじめに
2リチウムイオン二次電池用機能性バインダー
3負極用バインダー
3.1車載用負極バインダーに求められる特性
3.2長期繰り返し使用における電極の膨らみへの対応
3.3シリコン系活物質への対応
4セパレータ関連材料
4.1LIB内への耐熱層の導入
4.2セパレータの耐熱収縮性向上
4.3セラミック層の配置場所による比較
5おわりに
第13章パッケージングの技術と電池の安全性
1DNPバッテリーパウチの歴史
2バッテリーパウチの安全性
3製品へ要求される性能
3.1成形性
3.2耐電解液性
3.3水蒸気バリア性
3.4気密性
3.5絶縁性
3.6耐熱性/耐寒性
4ラミネートフィルム生産工程と品質
5電池評価技術
6バッテリーパウチの課題
【第W編 リチウムイオン電池の解析事例】
第14章リチウムイオン電池の高温耐久性と安定性
1はじめに
2電池特性評価
3サイクル試験による特性変化および解析
3.1サイクル試験による特性変化と電気化学的解析
3.2電極評価・解析
4Mg置換による(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の安定化
5まとめ
第15章リチウムイオン電池の高性能化に向けた分析評価技術
1はじめに
2電極構造の数値化
2.1概要
2.2電極内の空隙構造
2.3導電助剤分散・導電性ネットワーク
2.4バインダの偏在・剥離強度
3三次元空隙ネットワーク解析によるリチウムイオン電池電極の評価法
3.1概要
3.2実験方法
3.3結果と考察
4充放電中の電極活物質の構造変化を知るためのその場分析
4.1概要
4.2低温下におけるリチウムイオン電池のin situ分析
4.2.1概要
4.2.2実験方法
4.2.3結果と考察
4.3電極断面のRamanイメージング
4.3.1概要
4.3.2実験方法
4.3.3結果と考察
5複合的分析手法によるLIB劣化原因の解析
5.1概要
5.2実験方法
5.3結果と考察
6まとめ
【第X編 安全性評価技術】
第16章自動車メーカーから見る安全性評価技術
1はじめに
2車両に搭載される電池の特徴
3車両に搭載される電池の安全性
4各国の安全性評価基準
4.1SAE J2464
4.1.1一般試験指針
4.1.2有害物監視
4.1.3機械的試験
4.1.4熱的非定常試験
4.1.5電気的非定常試験
4.2GB/T 31485-2015
4.2.1GB/T 31485-2015セル安全試験
4.2.2GB/T 31485-2015電池モジュール安全試験
4.2.3UN R100 Part2
4.3UN38.3
5車両搭載電池の安全性における今後の展望
第17章次世代自動車におけるリチウムイオン二次電池の使い方と評価
1はじめに
2電動車両と蓄電デバイス
3電動車両向け蓄電システムの出力/容量比
4車種ごとに異なる使い方とマネージメント
4.1BEV(電気自動車)
4.1.1充放電パターン
4.1.2REESSのエネルギマネージメント(BEV)
4.2HEV(ハイブリッド自動車)
4.2.1充放電パターン
4.2.2REESSのエネルギマネージメント(HEV)
4.3PHEV(プラグインハイブリッド自動車)
4.3.1充放電パターン
4.3.2REESSのエネルギマネージメント(PHEV)
5電池劣化の車両への影響
6自動車用蓄電デバイスの評価
6.1REESSの試験標準
6.1.1ISO12405-1
6.1.2ISO12405-2
6.1.3ISO12405-3
6.2REESSの安全性基準
6.3その他の評価試験
7終わりに
第18章安全性評価の認証
1はじめに
2安全性評価の重要性
3国連協定規則
4UN ECE R100.02 PartUについて
5UN ECE R100.02 PartUの安全性試験
5.1Vibration(振動)[附則8A]
5.2Thermal shock and cycling(熱衝撃およびサイクル試験)[附則8B]
5.3Mechanical shock(メカニカルショック)[附則8C]
5.4Mechanical integrity(メカニカルインテグリティー)[附則8D]
5.5Fire resistance(耐火性)[附則8E]
5.6External short circuit protection(外部短絡保護)[附則8F]
5.7Overcharge protection(過充電保護)[附則8G]
5.8Over-discharge protection(過放電保護)[附則8H]
5.9Over-temperature protection(過昇温保護)[附則8I]
6認可取得までのプロセス
7おわりに
第19章安全性評価の受託
1はじめに
2外部短絡試験における温度依存性の検証
2.1自動車用二次電池の安全性試験における新たな技術課題
2.2環境温度を考慮した安全性試験の現状
2.3環境温度を制御した外部短絡試験の事例
2.4試験結果と考察
2.5その他
3圧壊試験における圧壊方法の検証
3.1試験条件・治具の違いの検証事例
3.2試験結果と考察
4失活処理のノウハウ
4.1試験後の失活処理が必要なケース
4.2失活方法事例
4.2.1エネルギー放出系
4.2.2破壊系
4.3失活方法の選択例
5おわりに
第20章安全性評価の受託試験機能
1はじめに
2受託試験機関の目的、必要性
3受託試験機関の状況
4受託試験の概要
5安全性評価試験の実施例
5.1安全性評価試験設備
5.2安全性試験時の発生ガス分析
5.2.1発生ガスの回収および分析手法
5.2.2過充電試験時のリアルタイム発生ガス分析
5.3リチウムイオン電池の安全性試験シミュレーション
6おわりに
【第Y編 次世代電池技術】
第21章全固体電池
1はじめに
2無機固体電解質の特性
3全固体電池の作動特性
4おわりに
第22章車載用次世代電池としての全固体電池の展望
1はじめに
2ポストリチウムイオン電池
3全固体電池
4三井金属における硫化物系全固体電池材料の開発
5硫化物系固体電解質
6硫化物系全固体電池の電池特性
7硫化物系全固体電池の展望
8層状正極を用いた全固体電池の高充電圧電池特性
9高電位正極LNMOを用いた全固体電池の高充電圧電池特性
10全固体電池の特長を活かしたシリコン負極の電池特性
11おわりに
【第Z編 リサイクル】
第23章リチウムイオン電池のリサイクル技術
1はじめに
2加熱プロセスにおけるCo等の形態変化
3物理選別によるCo成分の濃縮
4おわりに
【第[編 市場展望】
第24章リチウムイオン電池及び部材市場の現状と将来展望
1概要
2車載用LiB市場動向
3主要四部材動向
4正極材動向
5負極材
6電解液
7セパレーター
8LiB用主要四部材国別動向
9今後の展望



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