全固体電池開発の現状と産業化へのアプローチ

全固体電池開発の技術変遷から産業化に向けて今後求められる開発指針を把握する

全固体電池開発の現状と産業化へのアプローチ

~製造プロセス、部材作成、高容量化、評価手法~

価格 48,000円+税 出版社 情報機構
発刊日 2018年11月27日 体裁 B5判 178ページ
ISBN 978-4-86502-161-5 書籍番号 BC181103

本書のポイント

  • ★対象読者層
  • 自社技術や自社材料の応用先として全固体電池関連事業を検討している方
  • 電池の材料設計、システム設計開発に携わっている方
  • 全固体電池の技術動向やこれまでの技術変遷を把握したい方
  • 全固体電池の研究開発を始めたばかりの方や一定のご経験を経た方
  • ●EV拡大に液系は追従できるのか?既存LIBの安全性、コスト、耐熱性、特性の限界を整理しつつ、量産・実用化に向けた全固体電池の課題と対策指針を解説
  • ●高容量化実現に向けた電極作製技術に加え、有用性の高い新規電解質材料の作製技術も併せて紹介
  • ●バルク型全固体電池の特徴(安全性・エネルギー密度・寿命・温度特性・出力)想定される材料や製造プロセスに求められることとは?
  • ●界面抵抗の要因と低減対策。界面構造の設計例など具体例を挙げて解説
  • ●寿命特性、Li金属の析出メカニズムからリチウム拡散の評価測定方法は?活物質/電解質界面におけるLi抵抗相の出現や界面抵抗低減効果を見出す計算手法も紹介

執筆者紹介

棟方裕一
首都大学東京
山田博俊
長崎大学
桑田直明
東北大学
堺英樹
東邦チタニウム(株)
宮﨑怜雄奈
名古屋工業大学
辰巳砂昌弘
大阪府立大学
作田敦
大阪府立大学
林晃敏
大阪府立大学
菅原秀一
泉化研(株)
早水紀久子
筑波大学
奥野幸洋
富士フイルム(株)
春山潤
物質・材料研究機構
袖山慶太郎
物質・材料研究機構
館山佳尚
物質・材料研究機構)
松田翔一
物質・材料研究機構)
中西周次
大阪大学
内藤均
宇宙航空研究開発機構

目次

第1章 全固体電池の基礎知識

  • はじめに
  • 1.リチウムイオン電池の基本構造と特徴
  • 2.固体電解質の利用とメリット
  • 3.無機固体電解質の種類と特徴
  • 4.電極/電解質界面の形成
  • 5.全固体電池の構造化
  • 6.全固体電池の用途と課題
  • おわりに

第2章 製造プロセス技術及び産業化目線での課題と解決案

第1節 全固体電池の製造プロセス技術と作製ノウハウ
  • 第1項 バルク型全固体電池
  • はじめに
  • 1.バルク型全固体電池の特徴
  • 1.1 安全性
  • 1.2 エネルギー密度
  • 1.3 寿命
  • 1.4 温度特性
  • 1.5 出力
  • 2.材料・物性面からみた液系LIBとの違い
  • 3.製造工程
  • 3.1 界面接合プロセス
  • 3.1.1 可塑性電解質を用いた界面接合
  • 3.1.2 低融点リチウムイオン伝導体を用いた界面接合
  • 3.1.3 エアロゾルデポジション法による界面接合
  • 3.2 その他
  • おわりに
  • 第2項 酸化物系固体電解質における界面設計技術とその評価
  • はじめに
  • 1.界面抵抗の要因
  • 1.1 物理的要因
  • 1.2 化学的要因
  • 1.2.1 界面反応相
  • 1.2.2 格子歪
  • 1.2.3 空間電荷層
  • 1.3 界面抵抗の低減
  • 1.3.1 物理的要因
  • 1.3.2 化学的要因
  • 2.活物質・固体電解質界面の分析
  • 2.1 電子顕微鏡による観察
  • 2.2 交流インピーダンス法による解析
  • 2.2.1 半経験的手法
  • 2.2.2 経験的手法
  • 3.NASICON型リチウムイオン伝導性固体電解質の表面 
  • 4.固体電解質の表面修飾による非焼結界面のイオン伝導性向上
  • おわりに
  • 第3項 PLD法を用いた薄膜型全固体電池の作製
  • 1.薄膜型全固体電池の特徴
  • 1.1 薄膜電池の容量を決める要因
  • 1.2 薄膜電池の正極の厚膜化
  • 2.PLD法を用いた薄膜電池の製造法
  • 2.1 薄膜電池の材料選定
  • 2.2 PLD法を用いた薄膜電池の高速製膜
  • 2.3 発生する課題と対応策
  • 3.PLD法で作製した薄膜型全固体電池の特性評価
  • 4.正極のLi拡散と電池容量の関係
  • 5.その他の課題
  • まとめと今後の展望
第2節 構成材料/添加剤の作製技術要求事項
  • 第1項 酸化物系電解質材料の作製
  • はじめに
  • 1.作製方法
  • 2.機械的特性
  • 3.イオン伝導度
  • 4.リチウム空気電池の電池特性
  • おわりに
  • 第2項 Liフリー化合物をベースとしたLi+伝導体開発の現状
  • はじめに
  • 1.KIへのLiBH4ドープによる、LiBH4の高圧相の安定化の試み
  • 1.1 LiBH4における高Li+伝導の報告
  • 1.2 LiBH4の高圧相
  • 1.3 KIへのLiBH4ドープによる、高圧相安定化
  • 1.4 LiBH4ドープKIのイオン伝導度
  • 2.KIをベースとしたLi+伝導体開発
  • 2.1 KI中のLi+とBH4-の組成制御
  • 2.2 予想されるKI格子中のLi+サイト
  • 2.3 KI-KBH4-LiI系におけるLi+伝導の実証
  • 3.NaIをベースとしたLi+伝導体開発
  • 3.1 NaIにおけるLi+伝導の実証と、NaI-LiBH4系を用いた半電池の構築
  • 3.2 NaIにおけるLi+伝導度と、予想されるLi+伝導機構
  • おわりに
  • 第3項 高容量化実現に向けた電極の作製手法
  • 1.電極複合体の考え方
  • 2.全固体LIBにおけるアプローチ
  • 3.全固体Li-S 電池におけるアプローチ
  • 4.酸化物モノリス電極複合体
第3節 量産、産業化の障壁となる課題と対策アプローチ
  • はじめに
  • 1.セルの構成(電気化学、電極構造、正・負極材と界面)
  • 1.1 化学(二次)電池
  • 1.2 電極構造とセル
  • 1.3 正・負極材と界面
  • 2.セルの設計(電極面積cm2/セルとセル設計)
  • 3.セルの特性(放電容量 Wh=Ah×V)
  • 4.セルの製造(乾式工程への転換の期待)
  • 5.安全性の向上
  • 6.コストダウンの想定
  • 7.まとめ

第3章 全固体電池材料の特性評価手法

第1節 PFG-NMR法で観測する無機固体電解質におけるリチウム拡散とイオン伝導
  • はじめに
  • 1.無機固体電解質の7Li NMRスペクトル
  • 2.NMRによる無機固体電解質のLi拡散測定法(PFG-NMR、PGSE-NMR法)
  • 3.拡散測定の実際 
  • 4.Li拡散測定例
  • 5.Li拡散モデル
  • 6.7Li拡散測定に適したNMR測定装置の仕様
第2節 第一原理分子動力学計算による全固体電池界面の解析
  • はじめに
  • 1.計算手法と計算モデル
  • 1.1 計算モデル
  • 2.計算結果
  • 2.1 硫化物電解質(β-Li3PS4)/酸化物活物質界面構造
  • 2.2 酸化物コート層/硫化物界面構造
  • 2.3 酸化物電解質/酸化物活物質界面構造
  • まとめ
第3節 交流インピーダンス法による固体電解質/金属リチウム界面電荷移動抵抗の評価
  • 1.界面電荷移動抵抗の標準的評価法
  • 2.固体電解質/金属リチウム界面抵抗のインピーダンス評価
  • 2.1 NASICON型酸化物系固体電解質
  • 2.2 ガーネット型酸化物系固体電解質
  • 2.3 硫化物系固体電解質
  • 3.リチウムの析出-溶解反応過程における固々界面抵抗の動的変化
  • おわりに
第4節 全固体電池の寿命及び温度特性評価
  • はじめに
  • 1.温度特性
  • 1.1 試験条件
  • 1.2 低温特性評価試験結果
  • 2.保存特性(高温側温度特性)
  • 2.1 試験条件
  • 2.2 保存試験結果
  • 2.2.1 25,60℃保存
  • 2.2.2 100,120℃保存
  • 3.充放電サイクル特性
  • 3.1 試験条件
  • 3.2 充放電サイクル試験結果
  • まとめ