電気自動車と電池開発の展望

電気自動車と電池開発の展望

Foresight on Electric Vehicle and Battery Development

  • CO2削減,環境対応に向けた,これまでの取り組みと今後の展望を解説!
  • 電気自動車用電池の材料開発や最先端の次世代電池についても詳述!
  • 電気自動車のビジネスモデルに加え,電池の標準化に関する情報も収載!
価格 68,000円+税 出版社 シーエムシー出版
監修 佐藤登・小林敏雄 発行日 2011年4月
体裁 B5判・269ページ ISBNコード ISBN 978-4-7813-0328-4
商品コード T0785    

発刊にあたって

自動車の電動化は、ニッケル水素電池搭載の電気自動車とハイブリッド車が市場に供給された1997年から徐々に浸透し、現在では家庭での充電が可能なプラグインハイブリッド車、さらにはリチウムイオン電池搭載の電気自動車の量産という形で末広がりの様相を呈してきた。

本書は、主に電気自動車の過去から現在に至るまで、そして未来を展望するにあたっての事業ビジネスモデルや実証実験も包含しつつ、それに伴う電池開発の現状と将来電池の展望、関連する電池材料の開発動向、電池の評価方法と標準化への取り組みについても採り上げ、さらには資源・元素戦略は電池分野にとっても極めて重要であることから解説した。

今後の電気自動車や電池ビジネスと技術開発の可能性と進化を洞察する上でも、本書が多くの関係者にとって参考となるものと期待したい。

(本書一部抜粋)

キーワード

自動車と環境対応/電気自動車の変遷/リチウムイオン電池/電気自動車用電池材料/次世代電池/電池製造のコスト分析/資源・元素/中国市場/電池の評価技術/電池の標準化と試験法/普及に向けたビジネスモデル

著者一覧

佐藤 登
サムスンSDI Co., Ltd. 常務取締役 工学博士
小林敏雄
(財)日本自動車研究所 所長;東京大学名誉教授 工学博士
石谷 久
(社)新エネルギー導入促進協議会 代表理事
小野昌朗
(株)東京アールアンドデー 代表取締役社長;(株)ピューズ 代表取締役社長
西 美緒
ソニー(株) 社友
境 哲男
(独)産業技術総合研究所 ユビキタスエネルギー研究部門 電池システム研究グループ長;神戸大学併任教授
藤谷直子
エナックス(株) 米沢研究所 主任研究員
小林直哉
(株)サムスン横浜研究所 AR3 Team 主席研究員
石原達己
九州大学 大学院工学研究院 教授
菅原秀一
泉化研(株) 代表 工学博士
原田幸明
(独)物質・材料研究機構 元素戦略センター長
荻須謙二
戸田工業(株) 戸田Energy Materials Compay 経営戦略室 室長;品質保証部門 部門長 常務執行役員
阿部一雄
三井造船(株) 事業開発本部 LIB事業室 室長
坂口善樹
三井造船(株) 事業開発本部 LIB事業室 技術開発グループリーダー
宮永俊明
新日鐵化学(株) LIB電極プロジェクト マーケッター;大阪大学 大学院基礎工学研究科 招聘教授 工学博士
松永昌之
アルケマ(株) 京都テクニカルセンター グローバルマーケットマネージャー 兼 グループマネージャー
田中公章
日本ゼオン(株) 機能性材料事業部 事業部長 取締役執行役員
西田哲郎
ステラケミファ(株) 研究部 主任研究員
山田一博
東レ東燃機能膜合同会社 技術開発統括部 製品開発・テクニカルサービス部長
石尾雅昭
(株)NEOMAXマテリアル 技術部 技術部長 工学博士
大木朝照
(株)NEOMAXマテリアル 代表取締役
堀尾博英
森田化学工業(株) 取締役;森田化工(張家港)有限公司 董事 総経理
仁科辰夫
山形大学 大学院理工学研究科 物質化学工学専攻 教授
矢田静邦
(株)KRI 顧問
広瀬久士
(財)日本自動車研究所 FC・EV研究部 主席研究員
田中謙司
東京大学大学院 工学系研究科 システム創成学専攻 助教
鈴木高宏
長崎県産業労働部 政策監(EV&ITS推進担当);東京大学 生産技術研究所 先進モビリティ研究センター 客員准教授
青木新二郎
パーク24(株) パーキング総合研究所 所長

目次

【第I編 自動車と環境】
第1章 自動車と環境技術の展望石谷 久

  • 1 はじめに
  • 2 内燃機関自動車(ICEV)の特長と課題
  • 3 エネルギー環境問題への対応技術
  • 4 低炭素化社会実現のための次世代自動車技術
  • 5 エネルギー環境技術としての電動車両の特性
  • 6 おわりに

第2章 電気自動車の変遷と将来展望佐藤 登

  • 1 はじめに
  • 2 EVの法規とEVの進化
  • 3 EVのビジネスモデルと課題
  • 4 今後の展開

第3章 東京アールアンドデーにおける電気自動車の開発小野昌朗

  • 1 はじめに
  • 2 出会い
  • 3 最初のプロジェクト
  • 4 新日鉄NAV
  • 5 電気スクーターの開発
  • 6 Dream Mini
  • 7 東京電力IZA
  • 8 電気レーシングカー
  • 9 株式会社ピューズの設立
  • 10 進化した電気スクーター技術
  • 11 超高性能電気乗用車エリーカ
  • 12 ベタープレイスの電池交換式電気タクシー
  • 13 電気バス
  • 14 まとめ

【第II編 電池開発の変遷と次世代電池の展望】
第1章 リチウムイオン二次電池誕生までと今後の成長西 美緒

  • 1 はじめに
  • 2 金属リチウム二次電池の開発
  • 3 Liに代わるLi系負極
  • 4 Liを含む正極
  • 5 炭素負極
  • 5.1 ソフト・カーボン
  • 5.2 ハード・カーボン
  • 5.3 黒鉛
  • 6 LIBの充放電反応
  • 7 LIBの将来
  • 7.1 負極
  • 7.2 正極
  • 7.3 電解液
  • 7.4 EV,HEV用LIB

第2章 電気自動車用電池の将来展望境 哲男

  • 1 はじめに
  • 2 電気自動用電池の研究開発状況
  • 3 Liイオン電池の高性能化と材料開発
  • 3.1 電池構成材料と安全性
  • 3.2 セパレータ材料の開発状況
  • 3.3 負極材料の開発状況
  • 3.4 正極材料の開発状況
  • 3.5 電解質材料の開発状況
  • 4 将来展望

第3章 エナックスにおける電池開発藤谷直子

  • 1 はじめに
  • 2 電動車両向けリチウムイオン電池の用途と要求性能
  • 3 高エネルギー密度化と安全性
  • 3.1 電池容量(正極材料)と安全性
  • 3.2 セパレータと安全性
  • 4 まとめ

第4章 全固体電池小林直哉

  • 1 はじめに
  • 2 固体電解質材料
  • 2.1 固体電解質材料の研究開発の歴史
  • 2.2 固体電解質の種類
  • 2.3 固体電解質と液体電解質を用いた電池の課題
  • 3 全固体電池の特性
  • 3.1 出力&寿命特性
  • 3.1.1 LiCoO2正極を用いた全固体電池の特性
  • 3.1.2 正極/固体電解質界面での副生物抑制技術開発
  • 3.2 安全性
  • 3.3 エネルギー密度
  • 4 まとめ

第5章 リチウム空気電池石原達己

  • 1 はじめに
  • 2 空気電池の種類と開発の歴史
  • 3 Li-空気2次電池の現状
  • 4 新規な空気極としてのメソポーラスMnO2
  • 5 おわりに

第6章 電気自動車用電池のコスト分析菅原秀一

  • 1 はじめに
  • 1.1 原材料と製造工程(連続と不連続)
  • 1.2 LiBの数量とコスト
  • 2 自動車用LiBの仕様と原材料コスト(A)
  • 2.1 セルの仕様と原材料コスト
  • 2.2 正極と負極のコスト
  • 2.3 自動車のタイプとセルの原料コスト
  • 2.4 正極、負極の選定
  • 3 LiBの製造工程と製造コスト(B)
  • 3.1 大型セルの製造工程
  • 3.2 製造工程の区分と装置
  • 3.3 中間工程
  • 3.4 コスト計算の手順
  • 3.5 製造規模と操業
  • 3.6 製造設備
  • 3.7 製造装置の比率
  • 3.8 設備投資金額の考え方
  • 3.9 製造コストの試算
  • 3.10 セルの製造コストと設備投資額
  • 3.11 利益率ROIの計算
  • 3.12 ROI、製造原価率および祖利益率
  • 3.13 設備投資の事例
  • 4 電動化自動車の台数(2020年仮定)と搭載LiBの容量(C)
  • 4.1 電動化自動車の台数
  • 4.2 搭載LiBの容量
  • 4.3 電池ユニットの総容量
  • 4.4 電動化自動車の販売シェア(%)予測
  • 5 LiBの数量とコスト(積算結果)
  • 5.1 原材料コスト
  • 5.2 正極+負極のコスト(円/kWh)
  • 6 原材料と製造コストのマップ(コストダウンの方向性)
  • 6.1 セルの製造コストと原材料
  • 6.2 LiBのコストロードマップ

【第III編 電気自動車用電池材料】
第1章 資源・元素戦略原田幸明

  • 1 はじめに
  • 2 モータ用希土類資源の現状
  • 3 電池関連元素の現状
  • 3.1 リチウム
  • 3.2 コバルト
  • 3.3 ニッケルおよびマンガン
  • 4 資源リスクの考え方
  • 4.1 資源利用の4つの制約+1
  • 4.2 資源リスク増大の二つの要因
  • 4.3 3つのサステイナビリティへの資源リスク
  • 5 資源リスク軽減への4つの実践
  • 6 元素戦略の3つの戦略
  • 7 都市鉱山開発で問われる製造業のサプライチェーン、循環チェーン管理

第2章 自動車用正極材料荻須謙二

  • 1 はじめに
  • 2 正極の概要
  • 3 正極に求められる要件
  • 4 車載用正極材料
  • 4.1 LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4(Spinel構造)
  • 4.2 LiNiCoAlO2
  • 4.3 LiNiMnCoO2、Li-Rich NiCoMnO2、Li(Li1/9Ni1/3Mn5/9)O2 層状正極材料
  • 4.4 LiMePO4(Me:Fe、Mn)
  • 5 安全性
  • 6 おわりに

第3章 リン酸鉄リチウム正極材料阿部一雄,坂口善樹

  • 1 はじめに
  • 2 オリビン系正極材料とは
  • 3 リン酸鉄リチウムの実用化のための技術開発
  • 4 リン酸鉄リチウム製造プロセスの紹介
  • 5 当社の製品開発動向
  • 5.1 高出力仕様・リン酸鉄リチウムの検討
  • 5.2 高エネルギー密度仕様・リン酸鉄リチウムの検討
  • 6 低炭素コート・高性能リン酸鉄リチウム正極材料(LCC品)の紹介
  • 6.1 LCC品の粉体物性
  • 6.2 LCC品の正極電極特性
  • 6.3 高エネルギー密度対応LCC品の正極電極特性
  • 7 新しいビジネスモデル

第4章 ソフトカーボン系負極材料宮永俊明

  • 1 負極材料の概要
  • 2 炭素系負極材料
  • 3 ソフトカーボン
  • 3.1 ソフトカーボンとは?
  • 3.2 ソフトカーボンの特徴
  • 4 資源という点から見た負極材料

第5章 PVDFバインダー松永昌之

  • 1 はじめに
  • 2 PVDF製造プロセスとバインダー特性
  • 3 高分子量PVDFが有するバインダー特性
  • 4 PVDFバインダーと電池の安全性

第6章 進化するバインダー材料田中公章

  • 1 はじめに
  • 2 負極用バインダーの種類と特徴
  • 3 正極用バインダーの種類と特徴
  • 4 バインダーの機能と問題点および技術動向
  • 4.1 分散特性
  • 4.2 活物質の保持特性
  • 5 次世代のバインダー材料の開発
  • 6 まとめ

第7章 リチウムイオン電池用電解質の開発動向西田哲郎

  • 1 はじめに
  • 2 電解質の役割
  • 3 リチウム電解質の開発動向
  • 4 おわりに

第8章 セパレータ材料の電池信頼性及び安全性への寄与山田一博

  • 1 はじめに
  • 2 電池信頼性/安全性とセパレータ機能との関係及び当社品の特徴
  • 2.1 正・負極を電気的に隔てる機能 (正・負極の直接接触の防止)
  • 2.2 孔径分布
  • 2.3 シャットダウン機能
  • 2.4 メルトインテグリティー機能
  • 2.5 その他 (電解質のイオンを正・負極間を容易に移動させる機能)
  • 3 各社の電池信頼性/安全性向上に対する最近の取り組み
  • 3.1 メルトインテグリティーや耐熱性向上の一般的な技術
  • 3.2 セパレータメーカの最近の開発例
  • 3.3 電池メーカの最近の開発例
  • 3.4 今後の開発方向
  • 4 当社の次世代多層化セパレータの紹介
  • 4.1 技術プラットフォーム
  • 4.2 フィルム設計
  • 4.3 さらなる高メルトダウン温度化
  • 4.4 低シャットダウン温度化及び低熱収縮化
  • 5 おわりに

第9章 電池用クラッド材料と実用例石尾雅昭、大木朝照

  • 1 はじめに
  • 2 クラッド材料の製造方法と特長
  • 3 電池用クラッド材料
  • 3.1 電池ケース用クラッド材料
  • 3.2 内部電極用クラッド材料
  • 3.3 タブ、端子、モジュール配線用クラッド材料
  • 4 おわりに
  • 4.1 新しいクラッド材料と電池モジュールの組立技術
  • 4.2 まとめ

第10章 中国市場における電池および材料動向堀尾博英

  • 1 はじめに
  • 2 中国電池及び電池材料業界のこれまでの流れ
  • 3 中国電池業界の特異性
  • 4 中国電池メーカーの現状
  • 5 正極、負極、セパレーター、添加剤
  • 6 電解液
  • 7 電解質
  • 8 中国特有の電池市場
  • 9 中国電池事業発展の理由
  • 10 チャイナリスク
  • 11 車載用電池について
  • 12 今後の電池及び電池材料市場の動向

【第IV編 電気自動車用電池材料の評価法】
第1章 リチウム二次電池の電極評価法と解析仁科辰夫

  • 1 はじめに
  • 2 Auを集電体として、活物質粉体を圧着して測定せよ
  • 3 負極活物質にもAu集電体は有効か?
  • 4 大量の炭素導電助材に少量の活物質を混合せよ
  • 5 活物質量は必要最大Cレートにおいて1mA/cm2程度になるようにせよ
  • 5.1 電極内部の電解液の枯渇
  • 5.2 セパレータ部のイオン伝導
  • 5.3 電極内部の電解液中Li+の物質移動速度は?
  • 5.4 電解液の対流による移動は?
  • 5.5 電極液内のLi+物質移動速度による電流値の最大値をどこに設定するか?

第2章 車載用リチウム二次電池の評価技術矢田静邦

  • 1 はじめに
  • 2 電流休止法抵抗
  • 3 四極セルによる抵抗分離
  • 4 おわりに

第3章 リチウムイオン電池の標準化と試験法広瀬久士

  • 1 はじめに
  • 2 標準化
  • 2.1 国際標準作成における基本方針
  • 2.2 ISO/TC22/SC21における標準化活動
  • 2.2.1 ISO12405-1:自動車用リチウムイオン電池パック/システム試験方法-高出力用
  • 2.2.2 ISO12405-2:自動車用リチウムイオン電池システム試験方法-高エネルギー用
  • 2.2.3 その他
  • 2.3 IEC/TC21/SC21A/TC69/JWG(BEV、HEV用二次電池)における標準化活動
  • 2.3.1 日本提案成立までの経緯
  • 2.3.2 IEC62660-1:自動車用リチウムイオン電池セル-性能試験
  • 2.3.3 IEC62660-2:自動車用リチウムイオン電池セル-信頼性と誤用試験
  • 3 試験
  • 3.1 調査
  • 3.2 試験の実施
  • 3.2.1 試験施設
  • 3.2.2 試験設備・装置
  • 3.2.3 試験項目・内容
  • 4 今後の取り組み
  • 5 あとがき

【第V編 電気自動車のビジネスモデルと今後の展開】
第1章 電気自動車に始まる二次電池の普及と環境対応型社会システムの構築-沖縄におけるグリーン・ニューディールプロジェクト-田中謙司

  • 1 はじめに
  • 2 沖縄グリーン・ニューディールプロジェクト
  • 3 レンタカーへのEV導入モデル
  • 4 充電シミュレーションに基づく配置法
  • 5 車載用二次電池の定置再利用モデル
  • 6 おわりに

第2章 長崎県における電気自動車のビジネスモデル鈴木高宏

  • 1 背景
  • 2 長崎EV&ITSプロジェクト
  • 3 五島地域におけるEV・PHV、急速充電器の配備と運用状況
  • 4 EV社会を支えるネットワーク
  • 5 今後の長崎県の取組み

第3章 パーク&チャージ-パーク24による充電設備の展開-青木新二郎

  • 1 パーク&チャージの開始:第二次EVブーム
  • 1.1 第二次ブームの問題点
  • 1.2 パブリック充電機器開発実験
  • 2 第三次EVブーム
  • 2.1 第三次ブームの特徴:インフラ面から見た第二次ブームとの違い
  • 3 充電インフラの整備:パーク24グループの取り組み
  • 3.1 東京電力との実証実験
  • 3.2 自治体駐車場の管理・充電機能設置
  • 3.3 EVカーシェアリング等の実験
  • 3.4 パーク&チャージの展開と充電機能の検証
  • 4 充電インフラ整備における課題
  • 4.1 充電設備の使い勝手の改善
  • 4.2 クルマとの協調
  • 4.3 認証・課金の在り方
  • 5 未来へ向けて
  • 5.1 楽しさ加速性能
  • 5.2 いままでにない動き
  • 5.3 パーソナルモビリティから自動走行へ