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キャパシタ リチウムイオン二次電池 書籍

1280

【自動車用】

電気二重層キャパシタとリチウムイオン二次電池

高エネルギー密度化・高出力化技術

■ 執筆者(敬称略)
西野技術士事務所
東京農工大学大学院
東京農工大学大学院
日産ディーゼル工業(株)
松下電子部品(株)
(株)指月電機製作所
クラレケミカル(株)
群馬大学大学院
信州大学
長崎大学大学院
長崎大学
長崎大学
日本ゼオン(株) 
日本ゼオン(株) 
三洋化成工業(株) 
(株)パワーシステム 
(株)KRI 
(株)KRI 
SAMSUNG SDI Co., Ltd 
前(株)本田技術研究所
西野 敦
直井 勝彦
町田 健治
西川 省吾
島本 秀樹
松井 啓真
大塚 清人
白石 壮志
高須 芳雄
森口 勇
山田 博俊
工藤 徹一
森 英和
山川 雅俗
小林 幸哉
三井 克司
矢田 静邦
岡野 夕紀子
佐藤 登
(株)日立製作所
(株)東芝
産業技術総合研究所 
産業技術総合研究所 
三井鉱山(株) 
東京工業大学大学院 
佐賀大学 
佐賀大学 
九州大学 
日本電気(株) 
日本電気(株) 
山口大学 
九州大学
東北大学大学院 
東北大学大学院 
東北大学 
東北大学大学院 
東北大学 
(株)三菱化学科学技術研究センター
旭化成エレクトロニクス(株) 
産業技術総合研究所 
群馬大学
新井 寿一
高見 則雄
辰巳 国昭
境 哲男
福田 憲二
菅野 了次
芳尾 真幸
野口 英行
岡田 重人
中原 謙太郎
佐藤 正春
江頭 港
山木 準一
久保 百司
鈴木 研
坪井 秀行
古山 通久
宮本 明
宇恵 誠
吉野 彰
齋藤 喜康
鳶島 真一
■ 目  次

【第1部】 電気二重層キャパシタ

第1章 二次電池、電気二重層キャパシタの概要と最新の技術動向

 1. 概要
  1.1 EDLCの概要 
  1.2 EDLCとキャパシタの生産量(日米市場)
  1.3 EDLCのキャパシタの中での位置づけ
  1.4 EDLCのエネルギー貯蔵の中での位置づけ
 2. 電気二重層キャパシタ(EDLC)の概要
  2.1 EDLCの特性上の概要
  2.2 EDLC開発の主な歴史
  2.3 EDLC関連の日米学会、セミナー
  2.4 EDLCの基本構成と動作原理
  2.5 EDLCの構成と主な製法
 3. EDLCのコイン型、中、大型の開発状況
 4. EDLCの自動車応用の現状と展望
 5. EDLCの各種(コイン型〜大型)実用化例
 6. 各種EDLCの現状、課題と展望(海外状況)
  6.1 Puseud-EDLCの最近の動向
  6.2 各種EDLCの主な生産活動、大型の現状
  6.3 今後の課題
    a) 活性炭の展望
    b) 安全対策

 

第2章 自動車用キャパシタの開発動向


第1節 キャパシタの燃料電池での使われ方
 1. ハイブリッドの種類と特徴
 2. アシスト電源の候補
 3. キャパシタアシスト電源の特徴
  3.1 加速性能
  3.2 エネルギー回生
  3.3 使用温度範囲
  3.4 メンテナンス
  3.5 安全性
  3.6 車両挙動制御システム
  3.7 コスト
  3.8 アシスト持続時間
 4. 今後の課題 〜高エネルギー密度化〜
  4.1 高容量化
  4.2 高電圧化
 5. 次世代キャパシタの材料開発動向
  5.1 次世代電気二重層キャパシタ用ナノカーボン材料
  5.2 レドックスキャパシタ用金属酸化物材料
  5.3レドックスキャパシタ用ポリマー材料


第2章は著作権の都合上、掲載しておりません

第3節 高エネルギー密度電気二重層キャパシタの
       開発とトラック・バスハイブリッド化への適用
 1. トラック・バスのハイブリッド化の可能性
 2. 高性能電気二重層キャパシタの開発
  2.1 トラック・バスのハイブリッド化に求められる蓄電装置の要件
  2.2 高エネルギー密度キャパシタセルの開発
  2.3 車載用キャパシタモジュール
  2.4 車載用キャパシタシステム
 3. ハイブリッド中型トラックへの適用
 4. ハイブリッドCNGバスへの適用
 5. キャパシタハイブリッドトラック・バスのCO2排出量低減効果

 第3章 キャパシタ 要素・モジュール化技術


第1節 大型,中型電気二重層キャパシタの要素技術の概要

 1. 中型,大型の位置づけ
 2. 求められる特性
 3. 中型,大型の構成
 4. 中型,大型の要素技術
  4.1 活性炭
   4.1.1 活性炭の分類
   4.1.2 活性炭の低温特性
  4.2 電極形成技術
  4.3 電解液
   4.3.1 アルカリ抑制機能
   4.3.2 抵抗低減
  4.4 製品の構造


第2節 電気二重層キャパシタの大容量化に向けたセル・モジュール化技術

 1. EDLCセル・モジュール・バンクについて
 2. 大容量化セル
  2.1 セル容量範囲
  2.2 セル構造
  2.3 エネルギー・出力・正規化内部抵抗
  2.4 セル特性
  2.5 新たな要素技術
 3. 電圧均等化とモジュール化について
  3.1 電圧均等化
  3.2 モジュール化
 4. 大容量化された電気二重層キャパシタの市場
 5. 電力用途での実用化事例…UPSと瞬低装置の市場
 6. まとめと今後の課題

 

第4章 キャパシタ 高エネルギー密度化へ向けた電極の開発


第1節 キャパシタ用活性炭材料の特性と開発動向
 1.EDLC用に適した活性炭について
 2.EDLC用活性炭繊維“クラクティブ”
 3.EDLC用粉末活性炭


第2節 キャパシタ用先端炭素系材料の構造と開発
 1. EDLCのエネルギー密度
 2. 炭素細孔体電極の容量
 3. 炭素細孔体電極の比表面積について
  3.1 細孔径(幅)の検討
  3.2 細孔長の検討
 4. 面積比容量と体積比容量について
 5. 極限の炭素細孔体電極の構造について
 6. イオン吸着と電気化学インターカレーション


第3節 金属酸化物電極を用いた電気化学キャパシタの開発動向
 1. 塗布法(ディップコーティング法)
 2. 希土多孔化法
 3. 電着法
 4. ゾル-ゲル法
 5. 錯体重合法
 6. 層状化および層剥離
 7. 水和金属酸化物
 8. 金属酸化物と炭素材料との複合化
 9. 非対称ハイブリッドキャパシタ


第4節 高出力・大容量化に向けた電極材料ナノ構造制御
 1. カーボンナノ多孔構造制御とEDLC特性
 2. 金属酸化物/カーボンナノコンポジット電極材料の開発

第5章 電気二重層キャパシタ用新接着剤の概要

1. キャパシタ電極の製造方法
 2. 電気二重層キャパシタにおけるバインダーの役割
  2.1 バインダーの要求品質
  2.1.1 当たり前品質
  2.1.2 電気二重層キャパシタの高性能化に果たすバインダーの役割
  2.2バインダーの結着機構
 3. 電気二重層キャパシタ用新規バインダーの性能

第6章 キャパシタ電解液

第1節は著作権の都合上、掲載しておりません


第2節 電気二重層キャパシタ用電解液の特性と開発動向
 1. 電解液の概要
  1.1 電解液の役割
  1.2 電解液の要求性能
   1.2.1 大きい二重層容量
   1.2.2 高い分解電圧
   1.2.3 高い電気伝導率
   1.2.4 広い使用温度範囲
  1.3 非水電解液の特徴
 2. 非水電解液の特性
  2.1 二重層容量
  2.2 酸化還元電位
  2.3 電気伝導率
  2.4 溶解性
 3. 最近の開発動向
  3.1 アルカリを抑制する電解液 
  3.2 イオン性液体

第7章 評価・測定手法

第1節 電気二重層キャパシタの評価・測定手法
 1 電気二重層キャパシタの内部抵抗
 2 電気二重層キャパシタの等価回路
 3 電気二重層キャパシタの特性値
 4 充放電試験
 5 電気二重層キャパシタの特性評価
  5.1 静電容量
  5.2 内部抵抗
  5.3 自己放電特性
 6 テストセルの特性評価


第2節 キャパシタの安全性
 1. エネルギー蓄電デバイスの時代
 2.電池とキャパシタ,そして第3の蓄電デバイス
 3.キャパシタの安全性
  3.1 過充電テスト
  3.2 オーブンテスト
  3.3 釘刺しテスト
 4. 蓄電デバイスの将来

【第2部】 リチウムイオン二次電池

第8章 自動車用リチウムイオン二次電池の開発動向と要求特性

第1節 電動自動車用リチウムイオン二次電池の要素技術
 1.電動自動車の開発動向
 2.エネルギー貯蔵システムの開発動向
  2.1 現状と今後の展望
  2.2 Liイオン電池の要素技術
   2.2.1 Liイオン電池の要素材料
   2.2.2 Liイオン電池の劣化解析
   2.2.3 コストに関する考え方
   2.2.4 イオン性液体
  2.3 リチウムポリマー(Liポリマー)電池


第2節は著作権の都合上、掲載しておりません

第3節 高出力・高容量車載用リチウム二次電池
 1 車載用リチウム二次電池の位置付け
  1.1 各種用途に応じた電池の特徴  
  1.2 各種用途に応じたリチウム二次電池モジュール
2. 車両用リチウム二次電池
  2.1 HEV用リチウム二次電池の特性
  2.2 軽車両用リチウム二次電池の特性

第9章 負極材料

第1節 負極材料の開発と展望                                
 1. リチウムイオン電池の負極材料の特性
 2. 黒鉛質材料の開発
 3. 炭素質材料の開発
 4.今後の展望


第2節 ハードカーボン                    
 1. ハードカーボンの構造的特徴
 2.ハードカーボンの負極特性
  2.1 低温焼成炭素
   2.1.1 電気化学的特徴
   2.1.2 電極反応機構
  2.2 炭素化ハードカーボン
   2.2.1 電気化学的特徴
   2.2.2 電極反応機構


第3節 合金系負極材料
 1. 合金系負極の基礎特性
 2. 最近の開発動向と材料別及び製造法別分類
 3. 合金系負極の反応機構別分類
 4. 合金系負極の初期不可逆容量
 5. 薄膜/基材一体化技術による展開
 6. 最近の特許動向


第4節 高容量リチウム二次電池用天然黒鉛/炭素複合材料
 1. ハイブリッド型自動車用LiB負極材に要求される物性
 2. 天然黒鉛系負極材
 3. 天然黒鉛/炭素複合負極材
  3.1 圧密化黒鉛系負極材:GDA
  3.2 球形化黒鉛系負極材:GDR
 4. 大型電池への応用
  4.1 GDRの小粒子化
  4.2 小粒子球形化天然黒鉛のCVD炭素被覆
  4.3 高密度化
  4.4 導電性の改良
 5. ANLによるGDRの評価

 第10章 正極材料

第1節 ニッケル・コバルト系正極
 1.コバルト、ニッケル系正極材料の歴史
 2.層状岩塩型酸化物正極材料の種類と構造
 3.LiCoO2、LiNiO2
 4.第三世代層状岩塩型酸化物正極材料


第2節 マンガン系材料
 1.マンガンスピネルの非化学量論性
  1.1 Li-Mn-O系スピネル
 2. 高温安定化スピネル
 3. マンガンスピネルの構造
 4. スピネル化合物の容量
 5. 充放電メカニズム


第3節 Fe系正極
 1. 二次元的鉄系酸化物正極
 2.三次元的鉄系錯体正極
  2. 1 ナシコン
   2.1.1 Fe2(MoO4)3
   2.1.2 Fe2(SO4)3
   2.1.3 Li3Fe2(PO4)3
  2. 2 オリビン
  2. 3 カルサイト


第4節 有機ラジカル電池
 1. 安定ラジカル化合物
 2. PTMAの電気化学的性質
  2. 1 PTMA炭素複合電極
  2. 2 PTMA炭素複合電極のサイクリックボルタモグラム
  2. 3 PTMA炭素複合電極の酸化還元反応機構
 3. リチウム/PTMAコインセルの性質
  3.1 充放電曲線と容量密度
  3.2 サイクル特性
  3.3 レート特性
 4. 急速充電/高出力有機ラジカル電池の開発
  4.1 PTMA溶液を用いた複合電極作製技術
  4.2 リチウム/PTMA(高出力)コインセルのレート特性
  4.3 リチウム/PTMA(高出力)コインセルの急速充電特性
 5. 有機ラジカル電池の実用化に向けた動き

 第11章 電解質

第1節 難燃性電解液
 1.ハロゲン化有機溶媒を用いた電解液
 2.リン酸エステルを溶媒、あるいは添加剤に用いた電解液
 3.イオン性液体電解液

 第12章 計算化学的アプローチ

第1節 計算化学による正極材料設計
 1. 分子動力学法によるLiイオンの拡散プロセスの解明
 2. 分子動力学法による実効容量の理論的評価
 3. 第一原理計算を活用したLiNiO2正極材料の理論設計
 4. 分子動力学法によるマンガン酸リチウムの理論設計
 5. 濃度勾配下におけるイオン移動現象の解明を可能とする非平衡分子動力学法の開発
 6. 分子動力学法による電極/電解質界面構造の解明と電解質の理論設計


第2節 計算化学による電解質材料設計
 1. イオンの大きさ
 2. 電気伝導率解析へのイオン半径の応用
 3. 電気化学的安定性
 4. 酸化電位への密度汎関数法の応用

 第13章 長寿命化策

第1節は著作権の都合上、掲載しておりません


第2節 長寿命化に必要なセパレータ技術
 1. 蓄電デバイスに用いられているセパレータの種類と必要な基本機能
  1.1 ニッケル水素二次電池にポリプロピレン
             またはポリアミド系の不織布が用いられている理由
  1.2 リチウムイオン二次電池にポリエチレン微多孔膜が用いられている理由
  1.3 水系キャパシターに特殊紙が用いられている理由
 2. セパレータに関連する劣化要因とその解析
 3. 長寿命化に向けてのセパレータ技術
  3.1 セパレータ自身の変質を防ぎ長寿命化を実現するセパレータ技術の可能性
   3.1.1 セパレータの化学的劣化の可能性とその改良方向
   3.1.2 セパレータの熱的劣化の可能性とその改良方向
   3.1.3 セパレータの物理的劣化の可能性とその改良方向
 4. セパレータ以外の変質に基づく異常を防ぎ長寿命化を実現する技術の可能性

 第14章 安全性

第1節 熱挙動解析
 1. 測定装置
  1.1 熱量計
  1.2 熱的応答遅れの補正
 2. リチウムイオン電池の充放電時の発熱挙動解析
  2.1 熱測定結果
  2.2 電池反応の熱力学と発熱因子
  2.3 活物質の構造変化と熱挙動
   2.3.1 LiXCoO2正極の結晶相転移と熱挙動
   2.3.2 黒鉛負極のステージ構造変化と熱挙動
  2.4 履歴の影響


第2節 安全性評価         
 1. リチウムイオン電池の安全性の現状
 2. 市販電池の安全性確保策
 3. 電池が安全性を損なう要因
 4. 安全性評価の基本的考え方
 5. 電池の安全性評価方法
 6. 電池の安全性試験例
  6.1 加熱試験
  6.2 釘刺し試験
  6.3 圧壊試験
  6.4 外部短絡試験
  6.5 正極が異なる電池
   6.5.1 過充電試験
   6.5.2 加熱試験
   6.5.3 圧壊試験
  6.6 ポリマー電池
 7. 今後の課題