シリコン(Si)負極について、膨張抑制や容量低減を叶える構造制御・プレドープ技術から、バインダー・電解液等のデバイス化技術まで、実用化の鍵を網羅した一冊。
【はじめに】※一部抜粋
本書はリチウムイオン電池の入門書として、材料から電池までをどのように設計して組み立てていくのかをなるべく分かりやすく解説したものです。リチウムイオン電池にこれから関わっていく方だけでなく、既に材料や電極の研究、あるいは電池の開発に携わっている方にも役立つように、材料、電極、電池のどの段階の設計や評価からでも必要に応じて読んでいただけるように心がけて執筆しました。第1 章では電池の構成や用いられる材料について詳しく解説しています。材料開発に携わっている方の一助になることを願い、なぜこの材料が必要かという点を中心に解説しています。第2 章では電極の設計について解説しています。電極作製の各工程はもちろんですが、目的や評価内容に応じて電極の設計をどのように変えるかについてまとめています。第3 章では電極の電気化学特性を明らかにするための各評価方法について解説しています。測定法の原理だけでなく、測定条件や測定セルの組み立て方を含めて具体的な手順を説明しています。第4 章では正極と負極を組み合わせて実際に電池を作製する工程を解説しています。電極の組成も含めた具体的な設計例を示していますので参考になると思います。ここでは安全性の確保や寿命予測についても解説しています。第5章ではこれらの「 作る側」の取り組みではなく「 使う側」 の観点から、電気自動車での利用を具体例にリチウムイオン電池が環境負荷の低減にどの程度の効果があるのかを解説しています。電池を作ること自体は環境負荷を増やすことにつながりますので、このマイナスからのスタートをどのようにプラスへ持って行くのか、意図しない結果になっていないかをライフサイクルアセスメントという指標で定量的に正しく評価する方法をまとめました。
目次
第1章 リチウムイオン電池とは
1. 1 基本構成と動作原理
1. 2 代表的な正極活物質
1. 3 代表的な負極活物質
1. 4 導電助剤、バインダー
1. 5 電解液
1. 6 セパレータ
1. 7 集電体
第2章 電極の作製
2. 1 電極仕様の決定
2. 2 構造と電気化学応答
2. 3 作製工程
2. 4 電極構造の確認、評価
第3章 電極の電気化学特性評価
3. 1 試験セルの構成
3. 2 電気化学測定
第4章 電池の設計、試作と評価
4. 1 用途と必要性能
4. 2 正極と負極の組み合わせ、フルセルの作製
4. 3 劣化と安全性
4. 4 電池特性の改善
第5章 環境デバイスとしてのリチウムイオン電池
5. 1 温室効果ガスの排出削減へ向けて
5. 2 ライフサイクルアセスメント( LCA)
5. 3 リチウムイオン電池製造のLCA
5. 4 電気自動車のLCA
製造業の頂上決戦!
トヨタ、パナソニック、VW、テスラ、CATL、サムスン……。巨大企業がしのぎを削る電池開発の最前線を活写。
高性能電池は、スマホなどモバイル機器の小型軽量化の鍵を握り、電気自動車(EV)の中核デバイスとして環境負荷を抑制を左右し、家庭や地域では再生可能エネルギーを一時的に蓄える器としての機能を期待されている。とりわけEVの分野では、トヨタやフォルクスワーゲンなど各社がEVと電池開発に巨額投資を表明し、競争が激化。自動車強国を目指す中国では、世界最大の車載用電池メーカーCATLが台頭。長きにわたり電池市場を制してきた日本企業に代わり、覇権を狙う。高性能化は、火災事故との闘いでもあり、品質競争の裏面も掘り下げる。本書は、この電池をめぐる日中米欧韓の企業間競争と、次世代の電池を見据えた今後の競争を読み解く注目書。電池開発の過去の歩みや電池の仕組みなど、基本的な知識も丁寧に説明。ホンダやサムスンで電池開発を主導した経験に基づく日韓の競争実態にも触れ、読み応えがあります。
第1章 日本の牙城
1 日本の底力
2 電池の基本的仕組み
3 車載用へと電池の用途広がる
4 日本の強み
第2章 モバイル用電池の明暗
1 電池革命を起こしたリチウムイオン電池
2 戦略の欠如
3 ソニーの電池事業撤退
4 ハイエンド偏重の日本、ローエンドも重視する韓国
第3章 EV開発の思惑と電池戦略
1 環境規制が主導する自動車の電動化
2 トヨタがEVを投入せざるを得ない事情
3 選ばれるEVとは?
4 テスラの巨額投資とリスク
5 急加速のEVシフトに潜む5つの課題
6 元素戦略と資源争奪戦
7 トップブランド参入で競争激化
8 環境対応車における日本のリード
第4章 中国市場の変化と欧米、インド
1 環境改善か下剋上か─EVシフトの先
2 翻弄される日韓企業
3 中国NEV規制への対応
4 驀進する中国EV、電池業界の異変
5 中国のEV政策変化は外資に追い風?
6 EVが減速する中国、加速する欧州
7 2020年、車載電池業界の勢力図が明確に
8 揺れる米国のルール
9 台頭するインドの電動化と矛盾
第5章 車載用電池の攻防
1 合弁が難しい電池事業ーー韓国勢はフリーを選ぶ
2 R&D投資でも激突する日中韓
3 戦略は随時見直してこそ生きる
第6章 定置型蓄電池の幕開け
1 定置用電池業界に第三勢力参入
2 韓国企業の火災事故
3 2019年からのFIT問題
第7章 品質競争─安全性と信頼性のビジネス
1 なぜサムスンの最新スマホは爆発したのか?
2 電池の安全性を要求する国連規則
3 中国製リチウム電池が信頼できない理由
第8章 成長への戦略
1 加速する次世代電池開発
2 次世代革新電池はいつ実現するか?
3 日本を取り巻く状況
4 日本勢の命運
5 ノーベル化学賞の栄誉
あとがきに代えて
参考文献・資料
1.LED+エボルタNEOで77時間連続使用可能2.収納に便利なひっかけフック付き3.白色LEDの搭載で豆球切れの心配なし
1.(充電池)十分なくり返し回数に加え、より大きな容量を備えた、バランスのすぐれた単4形エネループ「スタンダードモデル BK-4MCD」の4本セット●電池容量アップ(※従来品BK-4MCCと比べて※)でさらに長もち2.(充電器)電池を1本ずつセンサーを用いて状態を判別・制御する「センシング機能」搭載3.エネループ、充電式エボルタの両方の充電池に対応した「充電器 BQ-CC83」のセット(充電時間)単3形×2本を約3.5時間で充電可能(※スタンダードモデル(BK-3MCD、BK-3MLE)充電時。3〜4本充電時は2本の場合の約2倍の充電時間となります※)単4形×2本を約2時間で充電可能(※スタンダードモデル(BK-4MCD、BK-4MLE)充電時。3〜4本充電時は2本の場合の約2倍の充電時間となります※)
1.LED+エボルタNEOで77時間連続使用可能2.蓄光塗料シール付で停電時でもライトの場所がすぐわかる3.コンパクトな常備灯で狭い場所にも設置可能
1.パナソニック史上No.1長もち!(2017年3月1日現在、パナソニック製アルカリ乾電池、IECにおける全放電モードの平均値より)2.チタンパワーの採用で正極の反応効率がアップし、優れた保存性能を実現!3.銀の力でガスを削減する「液もれ防止(乾電池を誤使用された場合は液もれする場合があります)製法」採用!
1.電池容量アップ(※従来品BK-1MGCと比べて※)でさらに長もち。容量min.6000mAh(※JIS C8708 2019(7.3.2)の充放電条件に基づく電池の最小(min.)容量※)2.短絡防止機能付き。万が一ショートしても発熱抑制3.自然放電が少ないので、充電しておけば10年後約70%(※満充電して、室温(20℃)での保存後。保存条件や機器により使用時間は短くなる場合があります。その際には充電してからご使用ください※)の容量維持
使用推奨期限15年※1※1 アルカリ乾電池の基準に準拠。【保存条件】温度:20℃±2℃ 相対湿度:55%±20%・約35%の軽量化※2を達成※2 Panasonicアルカリ乾電池LR6XJ比較 ・デジカメなどの大電流機器で長寿命化※3を実現 ※3 Panasonicアルカリ乾電池LR6EJ比較
改版にあたり、より電池の仕組み、特性、原理を重視した目次に変更し、すべてのページの内容を一新。使用中の劣化やトラブル、超寿命かつ安全な電池についての取り組みも解説している。
自然エネルギーは、作れば作るほど安くなる“工業製品”だ!
太陽光発電や風力発電による電力は再生可能エネルギー、または自然エネルギーとも言われるが、実は工場で大量生産される“工業製品”でもある。こうした電力は「スワンソンの法則」に沿って、作れば作るほど安くなることが知られている。事実、太陽光発電の発電コストは既に当初の1/100になっている。しかもまだまだ安くなり、その下限は見つからない。将来的には、太陽光発電の発電コストは“ほぼタダ”に近づく。
米フォードが20世紀初頭に自動車を大量生産し、“馬”に頼っていた我々の移動手段を一変させたように、電力の世界もこれまでの化石燃料の“狩猟採集時代”から“工業化時代”へと変わる。すると我々の生活も大きく変わる。今から再エネを積極的に導入していけば早ければ2050年には日本でも現行の電力需要量と同じ量(約1兆キロワット時)を再エネだけで賄える計算で、電気料金は現行の1/10〜1/2になる。製造業はもちろん、物流、運輸、情報通信などに掛かっていた諸費用も大幅に安くなる。空飛ぶタクシーなどの新産業にとっても朗報だ。石油あるいは石油から作られていた化学製品が電気エネルギーを使った合成によって自然エネルギーから作られるようにもなる。
その実現のために、取り組む必要があるのは再エネの大量生産だけではない。その工業製品としての“電力”を一時保管する倉庫、つまり蓄電池も大量生産する必要がある。電力の工業化時代は、蓄電池が社会の隅々まで浸透した“蓄電池社会”でもある。その先には“水素社会”も待っている。
第1章 なぜ今、電気代を1/10にできないか
格安料金の実現を阻む黒幕
1/10にならない2つの理由
電力系統は最後の超計画経済
黒幕は「同時同量則」
第2章 太陽電池/再エネ編:再エネの本質は電力の工業化
電力源の“狩猟採集”時代が終焉へ
再エネは工業製品
・日本は技術革新の方向性でも判断ミス
日本でも再エネが本格化
いきなり洋上風力発電大国に?
送電線問題と同時同量則が最後の壁
送電線容量はルール変更で2倍に
第3章 蓄電池編:電力を貯められる時代に
“電力の東側陣営”から脱却へ
蓄電池で同時同量則の鎖を断ち切る
リチウムイオン2次電池を大量導入へ
再エネ+蓄電池でコストは見合うのか
次世代電池でさらに低コストに
・海水からリチウムと水素を回収
・太陽光発電は原発と同じ夢を見るか?
第4章 水素/燃料電池編:“運べる電気”が実現
蓄電池との連携でコストの壁を突破
水素/燃料電池も活用へ
クルマから始まる“蓄電池+水素”社会
蓄電池で水素も安くなる
“運べる電気”で送電線増設を回避
第5章 省エネ技術編:2050年、電気料金1/10の実現へ
その先には再エネ100%社会も可能に
再エネの大量導入は100年続く
電気の無駄遣いを推奨へ?
火力発電も“再エネ”に変身
今後の経済成長は省エネ技術の成長
パナソニック史上No.1長もち※1!長もち性能10%アップ※2!長期保存後の長もち性能アップ!10年後のエネルギー保持率20%アップ!※3 銀の力でガスを削減する「液もれ防止※4製法Ag+」採用!※12017年3月1日現在、パナソニック製アルカリ乾電池、IECにおける全放電モードの平均値より。※2乾電池エボルタ(LR6EJ)比、IEC基準における全放電モードの平均値より。250mA1日1時間放電終止電圧0.9Vなど(温度20℃±2℃ 相対湿度55%±20%)。※3乾電池エボルタ(LR6EJ)比、10年相当保存後のエネルギー保持率の比較において。試験条件:特定条件での保存(加速テスト)後、IECデジカメモードでの放電試験において。※4乾電池を誤使用された場合は液もれする場合があります。
長持ちを実現・業界最長の使用推奨期限・幅広い機器に使用可能なラインナップ
■MagSafe対応iPhoneにマグネットで取り付け、7.5Wでワイヤレス充電できるモバイルバッテリーです。 ■強力なマグネットでスマートフォンをしっかり吸着。コイル位置がぴったり合い効率よく充電できます。 ■MagSafe対応ケースをつけたまま充電することも可能です。 ■対応機種:iPhoneおよびUSB Type-C端子で充電するスマートフォン、タブレット、他小型電子機器 ■コネクター形状(電源入力側):USB Type-Cポート ■定格入力電圧:5V/9V ■定格入力電流:3A/2.22A ■コネクター形状(電源出力側):USB Type-Cポート×2 ■出力:USB Type-Cポート:20W、ワイヤレス充電:7.5W、複数ポート使用時合計:18W ■電池種類:充電式リチウムイオン電池 ■電池定格容量:3.7V/10000mAh 37.0Wh ■充電時間:約3時間30分 ※20W以上のAC充電器を使用した場合 ■外形寸法:幅約114.8mm×奥行約20.1mm×高さ約66.6mm ■重量:約220g ■カラー:ブラック ■くり返し使用回数:500回 ■付属品:USB Type-C - USB Type-Cケーブル(約0.1m) ■電気用品安全法:◯PSE 特定以外の電気用品 ■保証期間:1年間 ■その他:Lightningポート搭載の端末で使用する場合は別途Lightningプラグのケーブルをご用意ください。
長持ちを実現・業界最長の使用推奨期限・幅広い機器に使用可能なラインナップ
いないいないばあっ!秋号のふろくは、「ワンワンおしゃべりスピーカー」です
「ねぇ、ワンワン」と話しかけるとワンワンとおしゃべりができるよ お家にある単4電池をいれて、たくさん話しかけてみてね♪
★あそび・しかけ★
●おいしいもの、 どれに しようかな?
●おつきみしよう!
●ゴットンと おともだちさがし
●おめんから ばあっ!
★うた★
♪ダカランド
♪ミラーミー
♪あたらしい いちにち
「いないいないばあっ!」のキャラクターにいつでも会える1冊です☆いないいないばあっ!秋号のふろくは、「ワンワンおしゃべりスピーカー」です
「ねぇ、ワンワン」と話しかけるとワンワンとおしゃべりができるよ お家にある単4電池をいれて、たくさん話しかけてみてね♪
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●おいしいもの、 どれに しようかな?
●おつきみしよう!
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★うた★
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♪ミラーミー
♪あたらしい いちにち
「いないいないばあっ!」のキャラクターにいつでも会える1冊です☆
■小さくて軽く、持ち運びにちょうどいい、15W出力、容量5000mAhのコンパクトなモバイルバッテリーです。 ■厚さ約13.5mmの薄型モデルで、バッグに入れて毎日持ち歩けるサイズです。 ■対応機種:iPhoneおよびUSB Type-C端子で充電するスマートフォン、タブレット、他小型電子機器 ■コネクター形状(電源入力側):USB Type-Cポート ■定格入力電圧:5V ■定格入力電流:2.8A ■コネクター形状(電源出力側):USB Type-Cポート×1、USB-Aポート×1 ■定格出力電圧:5V ■定格出力電流:合計最大3A、USB Type-Cは3A、USB-Aは2.4A ■電池種類:充電式リチウムイオン電池 ■電池定格容量:3.7V/5000mAh 18.5Wh ■充電時間:約2時間40分 ※5V/2.4AのAC充電器とUSB Type-C - USB-Aケーブルを使用した場合 ■外形寸法:幅約63mm×奥行約13.5mm×高さ約94.5mm ■重量:約112g ■カラー:ホワイト ■くり返し使用回数:500回 ■付属品:USB Type-C - USB-Aケーブル(0.1m) ■電気用品安全法:○PSE 特定以外の電気用品 ■保証期間:1年間 ■その他:iOS端末で使用する場合は別途iOS用ケーブルをご用意ください。
PSマークの種類:丸型PSEマーク
届出事業者名:エレコム株式会社
1.電池容量アップ(※ 従来品BK-3MCCと比べて※)でさらに長もち。容量:min.2000mAh(※JIS C8708 2019(7.3.2)の充放電条件に基づく電池の最小(min.)容量※)2.自然放電が少ないので、充電しておけば1年後約90%(※満充電して、室温(20℃)での保存後。保存条件や機器により使用時間は短くなる場合があります。その際は充電してからご使用ください※)、10年後でも約70%(※満充電して、室温(20℃)での保存後。保存条件や機器により使用時間は短くなる場合があります。その際は充電してからご使用ください※)の容量維持3.低温特性にすぐれ、マイナス20度の寒い場所でも性能発揮。使用温度範囲:-20℃‾50℃
二次電池の主流となりながら、発火の問題を常に抱えるリチウムイオン二次電池に対し、安全性がきわめて高い全固体電池への期待が高まっています。なかでも日本の自動車メーカーは、EVでの遅れを取り戻そうと、全固体電池の開発を急ピッチで進めています。またEV大国となった中国では、全固体電池ほどではないものの、安全性の面で期待がもてる半固体電池の開発を急いでいます。本書は2024年6月時点での、全世界の全固体電池・半固体電池開発の最前線を踏まえ、その基礎知識から用途、メリット・デメリットなどをわかりやすく図解します。