2018 電池関連市場実態総調査 No.1

2018 電池関連市場実態総調査 No.1

~全固体電池をはじめとする次世代電池・材料および応用製品市場の全貌~

価格 150,000円+税 出版社 富士経済
発刊日 2018年7月26日 体裁 A4版 236ページ
備考 こちらの調査資料にはPDF版 150,000円+税、書籍版+PDF/データ版セット 170,000円+税、ネットワークパッケージ版 300,000円+税、書籍版全巻(No.1+No.2+No.3)セット 430,000円+税がございます。セットをご希望の方は備考欄にセット希望とご記入ください。

関連書籍
 ・2018年版 太陽電池関連技術・市場の現状と将来展望
 ・2018 ディスプレイ関連市場の現状と将来展望 (上巻)

調査概要

調査テーマ

『2018 電池関連市場実態総調査 No.1』
~全固体電池をはじめとする次世代電池・材料および応用製品市場の全貌~

調査ポイント

[1]全固体型リチウム二次電池などの次世代電池9品目+次世代応用製品7品目の合計16品目を収載
[2]対象品目の最新開発動向と将来市場予測、有望なアプリケーション、普及におけるロードマップなどを調査・分析
[3]次世代電池の製造フローやキーマテリアルの既存LIB向け材料との差異に着目した既存材料市場への影響を分析

調査対象

 I. 次世代電池市場総括編
  1.次世代電池の将来展望
  2.次世代電池のキーマテリアルと製造工程
  3.次世代電池キーマテリアルの既存材料市場への影響 (次世代電池材料必要量試算)
  4.次世代電池・関連部材の国内外の主要研究開発動向
  5.注目応用製品の中長期市場展望と電池市場へのインパクト
  6.応用製品からみた次世代電池への期待
  7.次世代電池・関連部材市場への参入動向
 
 II. 次世代電池市場編
  [1] 次世代電池の開発動向(国内/海外)(9品目)
   1.全固体型リチウム二次電池(硫化物系)
   2.全固体型リチウム二次電池(酸化物系)
   3.全固体型リチウム二次電池(高分子系、錯体水素化物系)
   4.金属空気二次電池
   5.ナトリウムイオン二次電池
   6.カリウムイオン二次電池
   7.マグネシウム二次電池
   8.ナトリウム硫黄電池(NAS電池)
   9.レドックスフロー電池
  [2] 次世代電池のキーマテリアルと製造工程、製造技術 
  [3] 次世代電池向け注目材料 
  [4] 応用製品分野別の次世代電池採用の方向性
  [5] 次世代電池の普及シナリオ・市場予測
 
 III.次世代応用製品市場編
  ■次世代応用製品市場(7品目)
   1.自動車/その他輸送機器
   2.パーソナルモビリティ
   3.コードレス家電
   4.パワーアシストスーツ/コミュニケーションロボット
   5.電動航空機
   6.電力貯蔵システム(ESS)
   7.小容量電池アプリケーション

市場範疇

数値は年次ベース(1月~12月)とする。また調査対象市場範疇は、世界市場を対象とする。

調査対象領域対象
II. 次世代電池市場編世界市場
III. 次世代応用製品市場編世界市場

調査方法

弊社専門調査員による対象先(参入企業、関連企業など)に対する直接面接取材を基本に、一部電話ヒアリングを実施した。

調査期間

2018年5月~2018年7月

調査担当

株式会社富士経済 大阪マーケティング本部 第四部

その他注記

  • 当調査資料中の構成比は端数処理の関係上、各項目の合計が必ずしも100%とならない場合がある。
  • 当調査資料中のCAGR(年平均成長率)の算出は特に明記がない限り、対前掲年の値と対象年次までの期間をもとに算出する。
  • 当調査資料の数量、金額は生産出荷ベースであり、特に出典の明示がない限り、数値は取材に基づいた富士経済推定値である。
  • 当調査資料の市場規模には、電池メーカー各社の内製分も含めている。
  • イオン伝導度の単位(Scm-1)は省略しているケースがある。
  • 以下の略記を用いて表記する場合がある。
略記名称略記名称
全固体電池※全固体型リチウム二次電池LCOコバルト酸リチウム
LIBリチウムイオン二次電池LMOマンガン酸リチウム
xEVHEV,PHEV,EVの総称NMC三元系(LiNiMnCoO2)
HEVハイブリッド車LNO/NCAニッケル酸リチウム
PHEVプラグインハイブリッド車LFPリン酸鉄リチウム
EV電気自動車LTOチタン酸リチウム
ESS電力貯蔵システムPTFEポリテトラフルオロエチレン
RFBレドックスフロー電池PPポリプロピレン
IoTモノのインターネットPEポリエチレン
MLCC積層セラミックコンデンサPVAポリビニルアルコール
PTパワーツールPANポリアクリロニトリル
LLTOLa0.51Li0.34TiO2.94PVDFポリフッ化ビニリデン
LAGPLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3NMPN-メチル-2-ピロリドン
LLZLi7La3Zr2O12SBRスチレンブタジエンゴム
LIPONLi2.9PO3.3N0.46PCプロピレンカーボネート
LATPLi1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3ECエチレンカーボネート
PEOポリエチレンオキシドTEGDMEトリエチレングリコールジメチルエーテル
LiFSIリチウム ビス(フルオロスルホニル)イミドDMSOジメチルスルホキシド
LiTFSIリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド

※マグネシウム系やナトリウム系の電池でも全固体電池の開発が進められているが、現状社会通念的に全固体電池というと全固体型リチウム二次電池を指すことが多いため、当該調査資料では全固体型リチウム二次電池の略称として全固体電池を使っている。

用語の説明

■5V級正極
既存のLIBで採用される正極材料の放電電圧は3Vや4Vであるが、これを5Vまで高めることができる正極材料。当材料を用いることでLIBの放電電圧を高め、高容量化を実現できる。

■AD法(エアロゾルデポジション法)
ガスと混合した微粒子を減圧下でノズルから噴射し、エアロゾルジェットとして基板に衝突させ、膜を形成する技術。金属、ガラス、プラスチックなどのさまざまな材質の基板上に、緻密かつ高密着強度のセラミックス膜を常温下で形成することができる。

■Cレート
電池の全容量を1時間で放電させるだけの電流量であり、この場合は1Cレートと表す。たとえば2,000mAhのLIBの場合、Cレートが1Cの場合、放電電流は2,000mAで放電時間は1時間。同じく0.2Cの場合、放電容量は400mA、放電時間は5時間。2Cの場合放電電流は4,000mA、放電時間は0.5時間。

■FZ法(フローティングゾーン溶融法)
単結晶成長方法のひとつである。るつぼを使用しないことから、るつぼ材の混入がないことや、溶融帯が局所的なため、条件を検討することで、高い揮発性を有する材料でも単結晶成長が可能となる。

■Liイオン伝導度
電解質中を電子の代わりにイオンが動いて電気を伝える性質をイオン伝導性と呼び、その伝えやすさを示す指標をイオン伝導度と呼ぶ。単位はS/cm(Scm-1)で、単位長さ当たりの電気抵抗の逆数[S:ジーメンス]であらわされる。この値が大きいほど(マイナス以下の数値が小さいほど)イオン伝導性が良いとされ、現行の有機溶媒系電解液が10-2 Scm-1程度、硫化物系固体電解質で10-2~10-4 Scm-1程度とされる。

■Liイオン輸率
電池系内におけるすべてのイオン種の移動において、Liイオンが移動する割合。系内を移動するイオンがすべてLiイオンである場合には1となり、シングルイオン伝導とも呼ばれる。

■NASICON型
NASICON型結晶構造とは、M2(XO4)3(M:遷移金属、X:S、P、As、Mo、W等)で表される化合物であり、MO6八面体とXO4四面体が頂点を共有して3次元的に配列した構造をもつ。この構造は結晶構造中に大きな空隙、ボトルネックをもつことが多いため、LiイオンやNaイオンなどのカチオンのホスト材料になり得る。

■SEI
Solid-Electrolyte Interphaseの略。負極表面の被膜。

■アニオン
負に荷電したイオン、陰イオンとも呼ばれる。

■アニオン移動型電池/カチオン移動型電池
カチオン移動型電池とは現行のLIBのようにLi+などのカチオンが移動して電池反応が進行する電池の総称。これに対して、アニオンが移動して電池反応が進行する電池をアニオン移動型電池と総称し、水酸化物イオン伝導性を示す水系電解液を用いる空気亜鉛電池などがこれに属す。

■アモルファス
原子配列が規則的ではなく、結晶構造ではない状態。

■イオン液体
液体で存在する塩のことであり、低融点溶融塩などとも呼ばれる。

■インターカレーション
層状構造を持つ化合物に、化学種を層間に取り込む反応のこと。

■エレクトロスピニング法
ポリマー溶液に高電圧を加え、直径数nmのナノファイバーを得る技術。

■オリビン型正極活物質
六方密充填酸素骨格を持つ結晶構造の一つ。天然のカンラン石(英名:オリビン)がこの構造をもつことからオリビンと呼ばれる。

■ガーネット型
一般的に、A3B2C3O12 の組成式で表され、立方晶の構造をもつ化合物。ガーネット型結晶構造を有する代表的な固体電解質のLLZでは、AサイトをLa3+、BサイトをZr4+、C サイトと格子間位置をLi+が占有する。

■カチオン
正に荷電したイオン、陽イオンとも呼ばれる。

■カチオンミキシング
Liサイトへの、その他金属イオンによるサイト交換現象。電池の反応では特にNiを多く含む材料で発生し、その原因はLiイオンのイオン半径と2価のNiイオンのイオン半径とが近い値を有するためと考えられている。Li含有遷移金属酸化物(正極活物質)においてLiサイト占有率が低下するため、充放電時に吸蔵放出されるLi量が減少し容量密度の低下につながる。

■キセロゲル
編目構造を持ち、ゲル中の分散媒を失ったもの。

■クラーク数
地球の地表付近に存在する元素の割合を重量パーセントで示したもの。

■グラビア印刷法
表面に凸凹の彫刻加工が施されたグラビアロールを液層に浸し、グラビアロール表面の凸凹部に付着した塗工液をドクターブレードで掻き落とし凹部に液を貯め、正確に計量した塗工液を箔に転移させる湿式の薄膜塗工方式。二次電池では正極/負極シート、またはセパレータなどの製造工程で用いられる。

■グローブボックス
外気と遮断された状況下で作業が可能となるように、内部に手だけが入れられるよう設計された密閉容器

■コンバージョン系負極
遷移金属酸化物ナノサイズ微粒子とLiイオンとのコンバージョン反応を利用した負極活物質。コンバージョン反応は、低電位領域で金属酸化物が解離し、酸化リチウムと金属微粒子を生じる可逆的反応。多段階の酸化還元反応を経るためインターカレーション系材料に比べて大きな容量を示し、出力特性にも優れるとされる。酸化/還元時の電位差が大きく、充放電時にエネルギー損失が引き起こされるなど課題も多く、実用化には至っていない。

■スクリーン印刷法
必要な画線以外の目をふさいだスクリーン版の上からインクを押し込み、被印刷物にスクリーン版のパターンを印刷する方法。

■スピネル型正極活物質
AB2O4型の無機化合物にみられる結晶構造。

■スプレー熱分解法
加熱基板上に噴霧した液相から固相が析出し、薄膜が堆積されるプロセス。

■スルホン系電解液
スルホン溶媒を用いることで耐酸化性に優れた電解液。

■ゾルゲル法
金属塩溶液を加水分解させ、水酸化物もしくは水和酸化物を沈殿、その後、熱処理によって酸化物粉体を得る方法。

■ダイコート法
ダイヘッドから塗工液を押し出しながら基材にコーティングする方式。

■デンドライト(樹枝状結晶)
Liイオンの還元反応により負極から金属Liが樹枝状に成長し、これがセパレータを突き破り正極と接触し、内部短絡(ショート)につながる。

■ドクターブレード法
全固体電池において、正極層(正極活物質+固体電解質)を作製する湿式塗工法のひとつ。

■ハーフセル
電解質と電極シートから構成される最低限の充放電反応を起こす電池のセル(最小単位)のこと。

■バイポーラ
双極とも呼ばれる。ひとつの集電体の表裏に正・負極電極を形成。

■バルク型全固体電池
微粒子を積層して得られる全固体電池のこと。電極と固体電解質層を薄膜化し、その薄膜を積層して得られる薄膜型全固体電池とバルク型全固体電池に大別される。

■ファブリケーション
製造/組み立て。

■プリカーサー
出発原料のこと。前駆体とも呼ばれる。

■フルセル
正極シート-電解質-負極シートから構成される最低限の充放電反応を起こす電池のセル(最小単位)のこと。既存のLIBでの電池のセル(最小単位)は外装を備えたものが一般的であるが、全固体電池など研究開発段階の電池では外装を備えていないものを電池の最小単位(セル)とすることが多い。

■プロトン
水素イオン。

■ペロブスカイト型
結晶構造の一種。固体電解質ではNASICON型、ガーネット型ともに有望な系の一つとされる。

■ポリアニオン
結晶構造中にXO4四面体(X = P, S, As, Mo, W、Si など)を有する化合物。酸化還元電位が高く、電気化学的安定性が高いため、ポリアニオン化合物は次世代正極活物質として注目されている。

■メカニカルミリング法(MM法)
金属素粉末や合金粉末をアトライターやボールミルなどによりミリング(強撹拌)し、超強加工する方法。

■レドックスメディエータ
酸化還元反応を仲介するもの。

■ロールtoロール
全固体電池では、ロール状に巻いた集電体に活物質を塗布・電極シートを作製しながら、もう一方の作製された電極シートを、張り合わせて、再びロールに巻き取る方式をいう。

■液相法
液体状態 (液相) から化合物を合成したり結晶化させる方法。

■液相加振法
液相法による合成方法のひとつ。出発原料を溶媒中に溶解し、ポット中で加振することで、前駆体を含む懸濁液(サスペンション)を得られる合成方法。

■可撓性(かとうせい)
弾性変形のしやすさ。

■空気極
金属空気電池における正極活物質である酸素の反応場となる電極のこと。

■固相法
粉末原料を混合し熱処理することにより、固相から直接的に化合物を合成させる方法。

■準(疑似)固体電池
固体電解質にポリマーやイオン液体を添加した電解質を用いる電池。

■水熱合成法
原料化合物と水の混合物を耐圧容器内で加熱、合成する方法。液相法の一種。

■層状岩塩型正極活物質
骨格が2次元の層状で、その層の隙間にLiイオンが存在する正極活物質

■電位窓(でんいまど)
酸化や還元により分解しない電気的に安定な電位範囲のこと。

■導電イオン種
電池や電解質を動くイオンの種類。LIBの場合はLiイオンが導電イオン種となる。

■溶媒和
LIBの場合、LiイオンがLi塩と有機溶媒で構成された電解液中に放出され、Liイオンの周りを溶媒イオンが取り囲む溶媒和(ソルベーション)という現象のこと。これによりLiイオンは電解液中を移動することできる。

■粒界抵抗
粒界(粒子と粒子の接触界面)の抵抗。

■露点
空気を冷やした時に結露する温度。LIBは水分と反応することで爆発する恐れがあり、低露点(空気を極度に乾燥させた状態)での製造が必要である。

目次

I.次世代電池市場総括編

  • 1.次世代電池の将来展望(3)
  • 1) 次世代電池市場の全体俯瞰(3)
  • 2) 全固体型リチウム二次電池市場動向(4)
  • 3) ポストリチウム二次電池市場動向(5)
  • 4) その他二次電池市場動向(5)
  • 5) 特性比較(6)
  • 6) 次世代二次電池の性能分類(8)
  • 7) 全固体型リチウム二次電池のアプリケーション別普及予測(9)
  • 8) 市場規模推移・予測(10)
  • 2.次世代電池のキーマテリアルと製造工程(12)
  • 1)全固体型リチウム二次電池、ポストリチウム二次電池におけるキーマテリアル(12)
  • (1) 電解質、正極活物質、負極活物質、セパレータ(12)
  • (2) 正極集電体、負極集電体、バインダ、その他(13)
  • 2) 全固体型リチウム二次電池の実用化に向けたキーマテリアルの製造フローと出発原料(14)
  • (1) 次世代正極活物質(14)
  • (2) 無機系固体電解質(15)
  • 3.次世代電池キーマテリアルの既存材料市場への影響(次世代電池材料必要量試算)(18)
  • 1) 全固体型リチウム二次電池市場規模推移(19)
  • 2) 全固体型リチウム二次電池(硫化物系)向け正極活物質必要量(マックス)(19)
  • 3) 全固体型リチウム二次電池(硫化物系)向け正極活物質に必要な金属量(19)
  • 4) 全固体型リチウム二次電池(酸化物系)向け正極活物質必要量(マックス)(20)
  • 5) 全固体型リチウム二次電池(酸化物系)向け正極活物質に必要な金属量(20)
  • 6) 全固体型リチウム二次電池(硫化物系)向け金属Li負極必要量(マックス)(20)
  • 7) 全固体型リチウム二次電池(酸化物系)向け金属Li負極必要量(マックス)(20)
  • 8) 硫化物系固体電解質必要量(21)
  • 9) 酸化物系固体電解質必要量(21)
  • 4.次世代電池・関連部材の国内外の主要研究開発動向(22)
  • 1) 日本(22)
  • 2) 海外(27)
  • 5.注目応用製品の中長期市場展望と電池市場へのインパクト(29)
  • 1) xEV(29)
  • (1) xEV市場規模推移・予測(29)
  • (2) 世界の地域別自動車販売台数(30)
  • (3) 主要3地域・国(30)
  • 2) 電力貯蔵システム(ESS)(32)
  • 3) モバイル・ポータブル端末(33)
  • 6.応用製品からみた次世代電池に期待される特性(34)
  • 7.次世代電池・関連部材市場への参入動向(36)

II.次世代電池市場編

  • [1]次世代電池の開発動向(国内/海外)(43)
  • (全固体型リチウム二次電池)
  • 1.全固体型リチウム二次電池(硫化物系)(45)
  • 2.全固体型リチウム二次電池(酸化物系)(69)
  • 3.全固体型リチウム二次電池(高分子系、錯体水素化物系)(90)
  • (ポストリチウム二次電池)
  • 4.金属空気二次電池(100)
  • 5.ナトリウムイオン二次電池(111)
  • 6.カリウムイオン二次電池(122)
  • 7.マグネシウム二次電池(128)
  • (その他二次電池)
  • 8.ナトリウム硫黄電池(NAS電池)(141)
  • 9.レドックスフロー電池(146)
  • [2]次世代電池のキーマテリアルと製造工程、製造技術(153)
  • 1.全固体型リチウム二次電池の製造フロー(155)
  • 1)硫化物系全固体型リチウム二次電池(155)
  • (1)湿式塗工方式(155)
  • ○ロール to ロールでの電池セル製造工程(156)
  • (2)乾式加圧成型方式(156)
  • 2)酸化物系全固体型リチウム二次電池(157)
  • ○グリーンシート法(157)
  • 3) 電池タイプ別製造プロセス(157)
  • 2.キーマテリアルの合成技術・製造装置(158)
  • 1)主要固体電解質製造フロー一例(158)
  • (1)硫化物系固体電解質(158)
  • [1]Argyrodite型固体電解質の合成フロー(158)
  • [2]固相合成法(158)
  • [3]メカニカルミリング法で用いられる遊星ボールミルの構造(159)
  • [4]液相加振法(159)
  • [5]液相合成法による固体電解質の合成条件、出発材料(160)
  • [6]核成長(SEED)法によるNMC/LPS正極複合粒子の調製(160)
  • (2)酸化物系固体電解質(161)
  • [1]LLTOの合成フロー(161)
  • [2]LLZの合成フロー(161)
  • [3]LLZの前駆体と焼成条件(162)
  • [4]LATPの合成フロー(162)
  • 2)主要次世代正極活物質製造フロー一例(163)
  • (1)Li2CoP2O7(163)
  • (2)Li2MnO3-LiMO2 (163)
  • (3)LiCoPO4(164)
  • (4)LiNi0.5Mn1.5O4(165)
  • (5)Li2FexMnyCozSiO4(165)
  • 3)全固体型リチウム二次電池で提案されている製造装置(166)
  • [3]次世代電池向け注目材料(167)
  • 1.電解質(169)
  • 2.正極活物質(177)
  • ○リチウム系二次電池の主要材料の比較と採用ロードマップ(177)
  • ○代表的な正極活物質の実効容量(Wh/g)比較(179)
  • 3.負極活物質(183)
  • ○リチウム系二次電池の主要材料の比較と採用ロードマップ(183)
  • 4.バインダ(188)
  • 5.集電体(189)
  • 6.セパレータ(190)
  • [4]応用製品分野別の次世代電池採用の方向性(191)
  • 1.自動車(193)
  • 2.電力貯蔵システム(ESS)(194)
  • 3.モバイル・ポータブル端末(194)
  • 4.その他用途(195)
  • 5.次世代電池別アプリケーション普及ロードマップ(196)
  • [5]次世代電池の普及シナリオ・市場予測(199)
  • 1.主要アプリケーションにおける全固体型リチウム二次電池の普及予測(201)
  • 2.全固体型リチウム二次電池タイプ別用途別市場予測(202)

III.次世代応用製品市場編

  • 1.自動車/その他輸送機器(205)
  • 2.パーソナルモビリティ(212)
  • 3.コードレス家電(219)
  • 4.パワーアシストスーツ/コミュニケーションロボット(223)
  • 5.電動航空機(227)
  • 6.電力貯蔵システム(ESS)(229)
  • 7.小容量電池アプリケーション(236)

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