リチウム表面処理 書籍
 
No.1808
 
 

 

◎さらなる性能改善への界面現象の解明、表面処理・改質ノウハウを収録!    
       正極・負極/電解液/バインダー/セパレータの界面性制御技術と改善へのアプローチを網羅!

   LiBの高容量・高耐久化のための

 電極-電解液(質)の界面制御技術と解析・評価法


発刊日 : 2015年2月27日  体 裁 : A4判 350頁  定 価:80,000円(税抜)  ISBN978-4861045714


■ 本書のポイント、読みどころ

◎性能改善への糸口、電極−電解液(質)界面の基礎から解説!
                    最新の解析技術・測定法も収録した充実の内容!


1.電極−電解液(質)界面の基礎メカニズム
  
   →電解液の安定制御とSEIのメカニズム


2.正極/負極活物質における表面処理技術

  →表面改質による高容量/高耐久化/高安全化技術


3.電極スラリーの塗布・乾燥、ぬれの制御と評価

  →電極スラリー調製のぬれ制御と分散安定化!

4.電極用バインダーの結着性の向上

  →バインダーによる機能性付与と安定界面の制御


5.電極/集電体界面の設計内部抵抗低減ための


  →界面設計と改善アプローチ



6.セパレータのコーティングと高機能化

  →バインダーによる機能性付与と安定界面の制御



7.電極/固体電解質界面の抵抗低減・安定化


  →全固体二次電池の電極/電解質界面制御


8.リチウム二次電池・材料の解析・評価技術


  →界面状態の分析/SEI分析、電極合剤中の分布状態、
                 インピーダンス測定、第一原理計算

 

■ 執筆者(敬称略) 

群馬大学 鳶島真一 岩手大学 八代仁
山形大学 立花和宏 帝人(株)  西川聡
渡辺春夫技術士事務所  渡辺春夫 福井大学 荻原隆
群馬大学大学院 鳶島真一 長崎大学 山田博俊
愛知工業大学 大澤善美 物質・材料研究機構 高田和典
愛知工業大学 糸井弘行 (株)アルバック 鄒弘綱
神奈川大学 松本太 (株)アルバック 神保武人
首都大学東京 棟方裕一 (独)産業技術総合研究所 竹内友成
山口大学 大佐々邦久 東邦チタニウム(株)  堺英樹
西野技術士事務所 西野敦 リチウムイオン電池技術アドバイザー  中島薫
FIA 福山紅陽 産業技術総合研究所 齋藤喜康
大川原化工機(株) 根本源太郎 (株)住化分析センター 末広省吾
日清エンジニアリング(株) 秋山聡 東北大学 白木将
(株)栗本鐵工所 福井武久 東北大学 春田正和
名古屋大学 森隆昌 東北大学 一杉太郎
名古屋大学 椿淳一郎 (株)東レリサーチセンター 秋山毅
旭化成(株) 綾部守久 (株)リガク 高原晃里
機能性カーボンフィラー研究会 前野聖二 東北大学 伊藤隆
日本ゼオン(株) 園部健矢 山形大学 仁科辰夫
電気化学工業(株) 横田博 群馬大学大学院 森本英行
(地独)東京都立産業技術研究センター 榎本一郎 (株)豊田中央研究所 右京良雄
(株)KRI 木下肇 横浜国立大学 荒木拓人
アイ’エムセップ(株) 伊藤靖彦 (株)東陽テクニカ 佐々木浩人
日本ゼオン(株)  多田充 (株)日立製作所  浅利裕介

■ 目  次


第1章 リチウムイオン二次電池の電極−電解液(質)界面の基礎メカニズム

第2章 正極材料の表面改質技術

第3章 負極材料の表面改質技術

第4章 電極スラリーの塗布・乾燥、ぬれの制御と評価

第5章 電極用バインダーの結着性の向上と安定界面の制御

第6章 
電極/集電体界面における内部抵抗低減のための界面設計

第7章 電解液/セパレータの設計における界面抵抗とイオン拡散挙動の評価

第8章 電極/固体電解質界面の抵抗低減・安定化に向けた設計と制御

第9章 リチウム電池・電極の解析・評価技術


◇第1章 リチウムイオン二次電池の電極−電解液(質)界面の基礎メカニズム◇

第1節 電極-電解液(質)界面の基礎とメカニズム

1.電極-電解液の界面の構造
2.リチウム電池における電解液の安定性とSEI


第2節 電極/電解液界面の劣化現象とそのメカニズム

1.充電式電池と劣化現象
2.活物質の溶解
3.集電体の溶解
4.ガス発生と電極膨張、集電体からの剥離
5.溶媒の電気伝導と酸化還元に伴う劣化
6.高分子材料(バインダー)の電気伝導と酸化還元に伴う劣化
7.内部短絡
8.電池劣化の遠隔解析


◇第2章 正極材料の表面改質技術◇

第1節 正極活物質の表面改質による高容量・高耐久化・高安全化技術

1.LiCoO2系正極
2.LiNiO2系正極
3.LiMn2O4系正極
4.LiFePO4系正極

第2節 正極/負極活物質における表面処理技術
1.正極表面処理
 1.1 正極表面処理の必要性
 1.2 正極表面修飾方法
 1.3 固体電解質による正極表面修飾が電池の充放電性能に与える効果
2.負極表面処理
 2.1 負極表面処理の必要性
 2.2 負極表面修飾方法
 2.3 電解液添加剤による負極表面修飾が電池の充放電性能に与える効果


第3節 リン酸鉄リチウム正極材料の表面修飾と特性評価

1.試料の表面修飾、特性評 価と条件
2.構造、電気化学的特性の解析


◇第3章 負極材料の表面改質技術◇

第1節 リチウムイオン二次電池用負極活物質の改質、表面修飾のポイント

1.負極活物質材料の表面修飾・改質法の概要
2.
カーボンコーティングによる表面修飾・改質の概要
3.気相法によるカーボンコーティング
 3.1.CVD法を利用したカーボンコーティングによる表面修飾のポイント
 3.2 パルスCVD/CVI法による難黒鉛化性炭素粉体へのカーボンコーティング


第2節 金属・合金系負極材料のコーティング技術とリチウムイオン電池負極体積膨張劣化改善 
                −シリコン、熱分解炭素マルチコーティング−

1.試料の合成、特性評価と条件
2.
構造、電気化学的特性の解析


第3節 界面化学的手法によって調製したサイズ制御前駆体に基づくリチウム過剰層状正極材料の合成

1.はじめに
2.正極活物質の電池特性の改善方法
3.逆マイクロエマルション法に基づく
リチウム過剰層状正極材料の合成
4.サイズ制御前駆体に基づいて得られた
正極活物質の電池特性


◇第4章 電極スラリーの塗布・乾燥、ぬれの制御と評価◇

第1節 リチウムイオン二次電池用電極スラリーの調整/塗布・乾燥と電極動作の理解

1.スラリーの組成と粘度
2.
活物質の表面極性
3.電極スラリーの塗布
4.電極スラリーの乾燥
5.分散状態と電池性能の関係
6.塗布状態と電池性能の関係


第2節 電極スラリー調製におけるぬれの制御と分散安定化

1.電極材料のぬれ性の測定と評価
 1.1 ぬれと接触角
 1.2 接触角の測定 
  1.2.1 静滴法 
  1.2.2 Wilhelmy Plate法
  1.2.3 浸透速度法
 1.3 固体の表面エネルギーとぬれの評価
 1.4 ぬれ性の改善と溶媒の選定        
  1.4.1 二層分散法
  1.4.2 Zismanプロット(臨界表面張力法)
  1.4.3 ぬれ包囲線法
 1.5 集電体と活物質層の密着性  −バインダーの選定− 
2.ぬれ性改善のための電極材料の表面改質
 2.1 他物質の表面被覆による改質
  2.1.1 界面活性剤やポリマーなどの吸着
  (1)界面活性剤の吸着
  (2)ポリマーの吸着
 2.1.2 ポリマーや無機材料によるカプセル化・マトリスク化
 2.2 表面の化学的変化による改質  
  2.2.1 気相反応法
  2.2.2 液相反応法
  (1)表面グラフト化
  (2)液相酸化
 2.3 表面の物理的変化による改質
  (1)粗面化法
  (2)平滑化法 


第3節 LiB /EDLC製造における勘どころ

1.概要
2.蓄電素子でのLiBとEDLC位置づけ
3.LiB電池、EDLCの基本構成と外観形状、電極構成
4.各種電極材料と代表的な電極製造工程
5.電極製造工程と遠赤外線乾燥工程(勘どころ)

6.大型素子での低抵抗電極の構成とその特性
7.EDLC,LiBの諸特性に及ぼす露点(湿度)、放電率、容量保持率の影響
8.将来展望

第4節 リチウムイオン電池製造工程におけるぬれ性評価

1.ぬれと接触角
2.表面張力
 2.1 表面張力
 2.2 固体の表面張力
 2.3 界面張力
3.接触角と表面張力との関係
4.ぬれの評価技術
 4.1 接触角の評価方法
  4.1.1 静的接触角と動的接触角
  4.1.2 接触角算出の基本的な考え方
 4.2 表面張力の評価方法
  4.2.1 静的表面張力と動的表面張力
  4.2.2 液体の表面張力測定法
  4.2.3 固体の表面張力(表面自由エネルギー)測定法


第5節 スプレードライヤによる粒子設計とリチウム電極材への応用

1.スプレードライヤの運転と粒子形状
 1.1 運転方法による粒子制御
 1.2 運転条件と粒子形状
 1.3 乾燥室の形状と乾燥製品
  (1)並流型
  (2)向流型
  (3)混合流型
2.リチウム二次電池の乾燥造粒技術
 2.1 正極材 2.2 負極材
 2.3 二次電池材料の乾燥造粒技術


第6節 リチウムイオン二次電極用電極材の粒子径制御技術

1.分級機の種類と構造
 1.1 半自由渦式分級機
 1.2 強制渦式分級機
2.分級に影響を及ぼす因子
 2.1 粉体物性の影響
  2.1.1 粒子密度
  2.1.2 粒子形状
  2.1.3 粒子径分布
 2.2 ローター回転数と流体流量
 2.3 粉体流量
 2.4 凝集性
3.微粉領域での高精度分級

第7節 リチウムイオン二次電池電極スラリーの連続混練技術

1.リチウムイオン二次電池の製造プロセスについて
2.電極スラリーの連続混練技術について
 2.1 連続式二軸混練機について
 2.2 バッチ式混練と連続混練
3.電極スラリーの連続混練検討例の紹介
 3.1 負極スラリーの連続混練検討例
 3.2 正極スラリーの連続混練検討例
 3.3 正極スラリーの連続混練プロセスの安定性



第8節 リチウムイオン電池正極材料スラリー中の粒子集合状態評価

1.実験方法
2.実験結果及び考察


第9節 リチウムイオン電池正極用スラリー条件の最適化と評価法

1.スラリー調製
2.スラリー特性評価
 2.1 沈降試験
 2.2 流動性評価試験
3.実験結果および考察
 3.1 沈降試験
 3.2 流動性試験
4.集合状態の予


第10節 電極スラリーを中心とした塗布と乾燥の基礎理論と定量化

1.はじめに
2.ダイコーティングの基礎理論と定量化
 2.1 ダイコーティングの流れ
 2.2 表面張力に対するLeeらの考察
 2.3 表面張力に対するHigginsとScrivenの考察
 2.4 表面張力に対するCarvalhoの考察  =拡張領域=
3.乾燥の基礎理論とシミュレーション
 3.1 乾燥の基礎
 3.2 拡散係数による層内濃度分布の計算


◇第5章 電極用バインダーの結着性の向上と安定界面の制御◇

第1節 リチウムイオン電池に用いられる導電性カーボンブラック

1.導電性カーボンブラックとは?
 1.1 導電性カーボンブラックの構造
 1.2 導電性発現機構
 1.3 導電性カーボンブラックの種類とケッチェンブラックの構造・特徴
2.導電性カーボンブラックのニューパワーソースへの応用
 2.1 リチウムイオン電池分野
 2.2 その他のニューパワーソース分野 (電気二重層キャパシタ)への応用


第2節 負極用バインダーの表面処理と電池特性への影響

1.リチウムイオン二次電池内のバインダー
2.負極用バインダー
 2.1 負極用バインダーの特徴
 2.2 スラリー作製上の留意点
 2.3 乾燥工程上の留意点
 2.4 負極用バインダーの電池性能への影響事例
 2.5 シリコン系活物質による高容量化
  2.5.1 シリコン系活物質を活用する上での課題
  2.5.2 シリコン系活物質向け新規バインダーによる寿命特性向上
3.正極用バインダー

第3節 新規活物質材料へのアセチレンブラックを中心とした微粉カーボンの
                          最適選定・調整とーボンコート技術への応用

1.はじめに
2.微粉炭素
 2.1 炭素材料の多様性
 2.2 微粉炭素の特徴
 2.3 カーボンブラック
 2.3 アセチレンブラック
  2.3.1 アセチレンブラック
  2.3.2 アセチレンブラックの粉体特性
3.微粉炭素を用いたLiB
 3.1 導電剤の働き
 3.2 導電剤としての正極への適用
  3.2.1 アセチレンブラックの性状がLiB性能に与える影響
  3.2.2 アセチレンブラックへのホウ素添加 (BMAB開発品)品がLiB性能に与える影響
  3.2.3 アセチレンブラックと電池用ファーネスブラックとの比較(LiB性能に与える影響
 3.3 導電剤を使用する場合の実用上の課題
  3.3.1 微粉炭素の分散性という概念
  3.3.2 微粉炭素の分散性が電池性能に及ぼす影響
  3.3.3 微粉炭素の分散性が電池性能に及ぼす影響
3.4 正極活物質と導電剤の複合体


◇第6章 電極/集電体界面における内部抵抗低減のための界面設計◇

第1節 内部抵抗低減のためのアルミニウム集電体と合材との界面設計

1.内部抵抗低減のためのアルミニウム集電体と合材との界面設計
2.電池の内部抵抗とアルミニウム集電体と合材の接触抵抗
3.アルミニウムの不働態皮膜
4.炭素材料と不働態皮膜
5.活物質と不動態皮膜
6. アルミニウム材料の種類と接触抵抗
7.アルミニウ9ムの拡面倍率と接触抵抗
8.アルミニウム接触抵抗の評価法
9.アルミニウム酸化皮膜に対する活物質表面の静電遮蔽


第2節 集電体・電極界面の電池抵抗に及ぼす影響
                    ―抵抗測定と改善へのアプローチ―

1.デバイス抵抗分離
2.集電体・電極界面における抵抗
 2.1 集電体・電極界面が電池抵抗に影響を与える実験例
 2.2 集電体・電極界面が信頼性に影響を与える実験例
3.抵抗改善などに向けた今後のアプローチ


第3節 炭素めっき技術  〜電気化学的エネルギー変換デバイスへの応用〜

1.はじめに
2.溶融塩とは
3.溶融塩を活用した電気化学プロセス 〜技術シーズの具体例〜
4.カーバイドイオンの陽極酸化による炭素めっき
5.炭酸イオンの陰極還元による炭素めっき


第4節 リチウム二次電池における集電体の不働態化と腐食

1.各種候補材料
2.銅の腐食
3.アルミニウムの腐食と合金化


◇第7章 電解液/セパレータの設計における界面抵抗とイオン拡散挙動の評価◇
第1節 セパレータのコーティングと高機能化技術

1.濡れ性改善
2.電極との接着性付与
3.高電圧環境下での劣化防止


第2節 次世代樹脂系セパレータのシリカガラスコート繊維、アラミド繊維のコーティング技術

1. 樹脂フィルムへのシリカガラスコーティング
2. アラミド繊維へのシリカガラスコーティング
3. リチウムイオン電池の特性
 3.1 ポリプロピレンセパレータの電池特性 
 3.2 アラミド繊維の電池特性


第3節 超高分子量ポリエチレン素材の表面処理技術

1.素材の特徴
2.表面処理 
 2.1 プラズマ処理
 2.2 放射線グラフト重合 
3.表面解析 
 3.1 水滴接触角法 
 3.2 赤外分光光度計測定(FT-IR)
 3.3 X線光電子分光分析(XPS)


◇第8章 電極/固体電解質界面の抵抗低減・安定化に向けた設計と制御◇
第1節 電極/固体電解質界面のリチウムイオン分布と伝導性

1.実験方法
2.結果と考察
3.結言


第2節 全固体二次電池の電極―電解質界面制御

1.酸化物正極と硫化物系固体電解質の界面
2.高出力界面設計
3.緩衝層材料
4.自己形成型緩衝層


第3節 高容量化を目指した全固体リチウム二次電池の材料特性と評価技術

1.硫化物電極の充放電挙動の評価
2.固体電解質の評価


第4節 全固体型薄膜リチウム二次電池に求められる材料/製造技術

1.全固体型薄膜リチウム二次電池の構造と構成材料
 1.1 全固体型薄膜リチウム二次電池の構造
 1.2 構成材料
2.全固体型薄膜リチウム二次電池の製造技術
 2.1 全固体型薄膜リチウム二次電池用の製造装置
 2.2 スパッタリングターゲット
3.全固体型薄膜リチウム二次電池の特性


第5節 次世代リチウムイオン電池用酸化物系固体電解質LLTOの高性能化

1.実験方法
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
 4.1 活物質の失活および反応系の縮小
5.高品質なLIBを目指して
 5.1 水分
 5.2 金属微粒子
 5.3 ガス発生とセル膨れ
 5.4 高充電圧高容量化

6.まとめ


◇第9章 リチウム電池電極の解析・評価技術◇
第1節 リチウムイオン二次電池の劣化と高品質化技術

1.LIBビジネスの現状
 1.1 成長する蓄電池産業
 1.2 電池セルの形態変化
2.電池劣化機構
 2.1 サイクラブルLiの減少および反応速度の低下


第2節 部分充放電状態(PSOC)充放電時の劣化と熱測定による解析

1.部分充放電状態(PSOC)充放電によるリチウムイオン電池の劣化試験
2.電池の熱挙動
3.PSOC充放電サイクル実施中のリチウムイオン電池の発熱挙動

第3節 電極合剤中における各材料の分散状態の解析

1.リチウムイオン電池の電極の構成
2.前処理および測定手法について
 2.1 概要
 2.2 Arイオンビーム加工
 2.3 FE-SEMおよびFE-EPMA
3.合剤中の各材料の分散状態観察
 3.1 電極サンプリングおよび観察条件
 3.2 正極表面および断面における各材料の分散状態
  3.2.1 表面観察結果
  3.2.2 断面観察結果
 3.3 負極表面および断面における各材料の分散状態
  3.3.1 表面観察結果
  3.3.2 断面観察結果
4.まとめ


第4節 イオン伝導経路を規定した電解質・電極界面のイオン伝導性定量評価

1.薄膜型リチウム電池の作製
2.薄膜電池電気化学評価
 2.1 薄膜電池の電池特性
 2.2 界面抵抗評価
  2.2.1 On-axis配置で作製した界面の抵抗評価
  2.2.2 Off-axis配置で作製した界面の抵抗評価


第5節 リチウム二次電池用炭素負極の劣化とグロー放電発光分析法によるSEI分析

1.グロー放電発光分析法(GD-OES)
2.Mn系電池の劣化解析
3.GD-OES法による劣化Mn系電池のSEI分析


第6節 リチウムイオン二次電池急速充放電時の解析・測定法と実測電池温度の比較

1.発熱因子とそのメカニズム
2.熱収支式
3.吸発熱・放熱因子の測定法
 (1) 過電圧発熱の測定
 (2) エントロピー変化の測定
 (3) 電池の熱容量
 (4) 電池からの放熱量(平均熱伝達率)
4.急速充放電時の発熱挙動の測定例と解析モデルの妥当性確認


第7節 ラマン分光法  −リチウムイオン電池−

1.ラマン分光法
2.その場ラマン分光法の実際
3.可視光領域の励起光を用いた電池構成要素のその場ラマンスペクトル
4.高電位領域におけるLiCoO2合剤電極の近赤外励起その場FTラマンスペクトル


第8節 電池特性と正しいインピーダンス測定法


第9節 リチウム二次電池電極のインピーダンス測定とその評価

1. 交流インピーダンスの軌跡
2.評価電極の作製と電気化学測定の条件 
 2.1 評価電極の作製
 2.2 電気化学評価セル
 2.3 充放電試験
 2.4 放電電流取得(レート)特性
 2.5 交流インピーダンス測定
3.直流法による電極特性評価
4.交流インピーダンス測定による評価
 4.1 初期サイクル後のインピーダンス挙動
 4.2 サイクル経過後のインピーダンス挙動


第10節 電池の内部抵抗

1.電池の内部抵抗
2.全抵抗の測定
3.抵抗の分離
 3.1 3極式電池法
 3.2 定電流間欠充放電滴定法(GIT法)
 3.3 交流インピーダンス法


第11節 大容量/大型バッテリーの インピーダンス測定法と正しいデータの読み取り方

1.大容量/大型バッテリーのインピーダンス特性
2.従来の電気化学測定器で測定する際の問題点
3.大容量/大型バッテリーのインピーダンス測定法
4.正しいデータの読み取り方
5.モジュールバッテリーのインピーダンス測定


第12節 リチウムイオン電池用バインダー検討におけるインピーダンス測定例

1.リチウムイオン電池の交流インピーダンス測定
2.より詳細な検討へ


第13節 リチウムイオン二次電池正極材料への第一原理計算の適用と反応機構の解明

1.正極材料について
2.計算方法について
3.結晶構造の最適化計算
4.電気化学反応の解析方法
 4.1 開回路電圧(起電力)
 4.2 酸化還元反応
 4.3 リチウム空孔構造

 

リチウム 電池 書籍