ENAA_StationVisit2008

Size: px

Start display at page:

Download "ENAA_StationVisit2008"

えのありの
5 years ago
Views:

1 NEDO 二次電池技術開発ロードマップ 2013 (Battery RM2013) 平成 25 年 8 月独立行政法人新エネルギー産業技術総合開発機構 (NEDO)

2 目次 NEDO 二次電池技術開発ロードマップ 2013 の策定について 1 NEDO 二次電池技術開発ロードマップ 2013 改訂ポイント 2 1. 自動車用二次電池ロードマップ 3 (1) 自動車用二次電池ロードマップの概要 3 (2) 自動車用二次電池ロードマップ 4 2. 定置用二次電池ロードマップ 5 (1) 定置用二次電池ロードマップの概要 5 (2) 定置用二次電池ロードマップ 6 3. 材料マップ 7 (1) 材料マップの概要 7 (2) リチウム二次電池の正極材料の技術マップの概要 7 (3) リチウム二次電池の正極材料の技術マップ 8 (4) リチウム二次電池の負極材料の技術マップの概要 9 (5) リチウム二次電池の負極材料の技術マップ 10 (6) リチウム二次電池の正極負極の組合せの概要 11 (7) リチウム二次電池の正極負極の組合せ 12 (8) リチウムイオン電池の電解質の技術マップの概要 13 (9) リチウムイオン電池の電解質の技術マップ 14 (10) 革新電池の技術マップの概要 15 (11) 革新電池の技術マップ革新電池の実現に向けて 17 NEDO 二次電池技術開発ロードマップ 2013 検討メンバー 18

3 NEDO 二次電池技術開発ロードマップ 2013 の策定について資源に乏しい我が国が将来にわたり持続的発展を達成するため革新的なエネルギー技術の開発導入普及によって各国に先んじて次世代型のエネルギー利用社会の構築に積極的に取り組んでいくことは極めて重要である特に二次電池はパソコンや携帯電話等のモバイル機器をはじめとする様々な用途で使用されており低炭素社会の構築やエネルギーセキュリティの面からその用途は今後も更に拡大することが予想される新エネルギー産業技術総合開発機構 (NEDO) は産学官の総力を結集しリチウムイオン電池を中心とする二次電池の技術開発事業を推進しているがこれを効率的効果的に推進するためには常にステークホルダー ( 関係者 ) 間で技術開発シナリオを共有する必要があるそのため NEDO は 2009 年 6 月将来の普及が期待される次世代自動車用の二次電池について NEDO 次世代自動車用蓄電池技術開発ロードマップ 2008 を策定したまた 2010 年 5 月には自動車以外の用途も対象に含めた NEDO 二次電池技術開発ロードマップ (Battery RM2010) を策定用途毎に求められる性能を整理し共通化可能な技術領域を明確にした上で技術開発課題の方向性をまとめたしかし二次電池の技術開発のスピードは速く材料開発だけでなくパック化や低コスト化の技術も大きく進展している同時に世界各国も二次電池の研究開発と生産技術を強化する政策を打ち出しており我が国も二次電池の将来性能目標を適宜見直していく必要がある 2010 年より一般への電気自動車 (EV) の販売が拡大し同時に充電スタンドの整備が開始されている更に 2012 年初めにはプラグインハイブリッド車 (PHEV) の普及も始まり次世代自動車用電池の実環境での使用と評価が始まっている自動車用二次電池の普及が進む中 2011 年 3 月の東日本大震災を受け緊急時に最低限のライフラインを確保する上で非常用電源としての二次電池の必要性も増してきたその必要性は携帯電話の地上局や病院等の公共設備だけでなく一般のビル集合住宅戸建住宅にまで認識されつつある従来の集中型から分散型へのエネルギーシステムの転換が必要とされる中災害時にも継続して電気を供給できかつ分散型電源である再生可能エネルギーに対して低炭素社会実現だけではなくエネルギーセキュリティの観点からも期待が高まっており再生可能エネルギーの導入拡大に必要とされる二次電池の重要性は更に増している加えて 2012 年 7 月経済産業省は 2020 年に世界全体の蓄電池市場 (20 兆円 ) のうち我が国関連企業が 5 割のシェア (10 兆円 ) を獲得するとの目標を掲げると共にコスト低減等による二次電池の普及加速化に向けた課題や今後実施すべき施策等を整理した蓄電池戦略を策定したこのような状況の変化を受け今般 NEDO はロードマップの改訂を通じて NEDO 二次電池技術開発ロードマップ 2013 を策定した二次電池の目標性能等を見直し技術開発課題を明確化共有化することで企業や研究者の新規参入を促し健全な競争を通じて二次電池の性能向上と市場導入の促進を図ると共に産業基盤の裾野が一層広がることを期待する ( 注記 ) 二次電池は蓄電池とも呼ばれているが本ロードマップでは固有名詞として使われている場合を除き二次電池で統一した 1

4 NEDO 二次電池技術開発ロードマップ 2013 改訂ポイント (1) ロードマップ全体 2010 年に公表した二次電池技術開発ロードマップ (Battery RM2010) では二次電池の主な用途を運輸部門民生部門産業部門の分野からそれぞれ選定しエネルギー密度指向型出力密度指向型寿命指向型と 3 つの特性で分類したそしてそれぞれの用途で電池に要求される特性を達成年代毎に示したこれに対し今回は以下の改訂を行った 1 1 自動車用及び定置用の 2 種類について細分化された用途毎に各年代において電池に要求される特性を示した NEDO 次世代自動車用蓄電池技術開発ロードマップ 2008 に記載されていた材料電池マップを更新した (2) 自動車用二次電池ロードマップ自動車用二次電池ロードマップの改訂ポイントは以下のとおりである NEDO 次世代自動車用蓄電池技術開発ロードマップ 2008 より目標値を見直した課題となる要素技術を見直し新たな材料系を追加したリサイクル等の二次電池の高度利用に関する文言を追加した年代毎の PHEV EV の電池搭載重量の推移を記載したカレンダー寿命及びサイクル寿命の目標値を記載した (3) 定置用二次電池ロードマップ定置用二次電池ロードマップは種々の用途における定置用二次電池のニーズの高まりを受け内容を充実化してとりまとめたものである系統用需要家用に大別しそれぞれを計 5 種類に細分化した要求寿命と電池容量または出力当たりのコストを年代毎に記載した様々な電池系が適用される場合を想定し各電池系の特長と課題を記載した (4) 材料マップ材料マップの改訂ポイントは以下のとおりである正負極ともに新規材料を追加した電解質材料について電位窓の上下限を見直した各電解質の電気伝導率の温度依存性を見直した以上の更新追記及び内容充実化したものを NEDO 二次電池技術開発ロードマップ 2013 として公開する 1: 経済産業省の蓄電池戦略 (2012 年 7 月発表 ) において定置用とは需要家用の電池を指すが本ロードマップにおいては需要家用と系統用の 2 種類を含むこととした 2

5 1. 自動車用二次電池ロードマップ (1) 自動車用二次電池ロードマップの概要自動車用二次電池ロードマップは重量当たりのエネルギー密度及び出力密度コスト寿命を指標として技術開発の方向性を示したものである LIB 搭載 HEV 並びに PHEV 用二次電池を出力密度重視型二次電池 EV 用二次電池をエネルギー密度重視型二次電池と用途毎に分類した電池コストやエネルギー密度出力密度の目標値はパックをベースにして記載したこれら目標値はセルモジュールパックのどれを対象とするかで大きく異なり材料系電池系間で厳密な比較をする上ではセルを対象にするのが好ましく実際に多くの電池材料系の性能はセルをベースに公表されているしかし実用上は電池管理ユニット (BMU) 等を含めたパックで評価されるべきであるこれまでも我が国の電池開発の目標値はパックをベースに記載されてきたため今回も基本的にこの考え方を踏襲した電池コストは各メーカーのヒアリング結果を参考にして NEDO で定めたまた海外企業が公表しているコストもベンチマークした今回のロードマップでは寿命目標も設定した自動車用二次電池も自動車用部品であるため一般に求められる 5 年 10 万 km の性能保証が必要と想定しカレンダー寿命とサイクル寿命を想定した次世代自動車の普及までのフェーズとしては現在の市場導入状況を考慮して普及初期普及期とした 3

6 (2) 自動車用二次電池ロードマップ二次電池の用途出力密度重視型二次電池 LIB 搭載 HEV 用 PHEV 用 PHEVの諸元 (EV 走行で電池利用率 60% とした場合 ) エネルギー密度重視型二次電池 EV 用現在 (2012 年度末時点 ) エネルキー密度 :30~50Wh/kg 出力密度:1,400~2,000 W/kg コスト : 約 10~15 万円 /kwh カレンダ- 寿命 :5~10 年サイクル寿命 :2,000~4,000 走行距離 : 搭載パック重量 : 搭載パック容量 : 電池コスト : 普及初期普及初期 25~60 km 約 kg 5~12 kwh 50 万円エネルキー密度 :60~100Wh/kg 出力密度 :330~600 W/kg コスト : 約 7~10 万円 /kwh 2020 年頃 200 Wh/kg 2,500 W/kg 約 2 万円 /kwh 10~15 年 4,000~6, km 50 kg 10 kwh 20 万円 250 Wh/kg ~1,500 W/kg 約 2 万円 /kwh 以下 2030 年頃普及期普及期 2030 年以降 700 Wh/kg ~1,500 W/kg 約 5 千円 /kwh カレンダ- 寿命 :5~10 年サイクル寿命 :500~1,000 10~15 年 1,000~1,500 10~15 年 1,000~1,500 10~15 年 1,000~1,500 普及初期 500 Wh/kg ~1,500 W/kg 約 1 万円 /kwh 普及期 (BMU 等を含むパックでの表記 ) 本格的 EV をめざした車両の諸元 ( 電池利用率 100% とした場合 ) 走行距離 : 搭載パック重量 : 搭載パック容量 : 電池コスト車両コスト : 120~200 km 200~300 kg 16~24 kwh 110~240 万円程度 260~376 万円 250~350 km 100~140 kg 25~35 kwh 50~80 万円 200~230 万円 500 km 程度 700 km 程度 80 kg 80 kg 40 kwh 56 kwh 40 万円 190 万円 28 万円 180 万円課題となる要素技術二次電池の課題現行 LIB 先進 LIB 正極スピネルMn 系他高容量化高電位化等電解液炭酸エステル系混合溶媒他難燃性高耐電圧性等負極炭素系高容量化等セパレータ微多孔膜複合化高次構造化高出力対応等電池化技術新電池材料組合せ技術 / 電極作製技術 / 固 - 液固 - 固界面形成技術等ブレークスルーが必要革新電池金属 - 空気電池 (Al Li Zn 等 ) 金属負極電池 (Al Ca Mg 等 ) 等長期的基礎基盤技術の強化その他課題界面の反応メカニズム物質移動現象の解明劣化メカニズムの解明熱的安定性の解明その場観察技術電極表面分析技術の開発等システムとしての安全性耐環境性の向上 V2H/V2G 中古利用二次利用リサイクル標準化残存性能の把握充電技術等 4

7 2. 定置用二次電池ロードマップ (1) 定置用二次電池ロードマップの概要定置用二次電池の用途は多岐にわたるが本ロードマップでは電力の供給側に設置する系統用と消費側に設置する需要家用に大別した更に系統用を長周期変動調整用二次電池 ( 需給調整用二次電池 ) と短周期変動調整用二次電池の2つの用途に分類し需要家用は中規模グリッド工場ビル集合住宅用二次電池家庭用二次電池及び基地局データセンターバックアップ電源用二次電池の3つの用途に分類したなお系統用の短周期変動調整用とは数分 ~20 分程度の時間レンジの出力変動に対応する二次電池を指し長周期変動調整用とはそれ以上の時間レンジで需給調整用として使用する二次電池を指すまた需要家用では緊急時災害対策用も考慮した定置用二次電池では既に鉛蓄電池で普及しているバックアップ用と同様コスト及び寿命が重要視されるため用途毎にコスト及び寿命を指標として技術開発の方向性を示したコスト目標はセルモジュール電池システムで大きく異なる定置用二次電池はエネルギーマネジメントシステムと一体として運用される他用途に合わせた充放電や交流 ~ 直流変換が求められるため電池管理システムやパワーコンディショニングシステム (PCS) 等補機を含めた電池システムで考える必要があるそのためコスト目標は電池システムとしての値を基本とし現状の開発レベルと将来見込みを勘案して設定した現在 (2012 年度末時点 ) のコスト及び寿命は用途毎に各メーカーにヒアリングを行い目安となる値としたまた 2020 年目標では長周期変動調整用は代替手段である揚水発電と同額の設置コスト (2.3 万円 /kwh) とし現在は主に火力発電で対応している短周期変動調整用は各メーカーのヒアリング結果を参考にNEDO で定めたなお系統用の 2030 年のコスト目標需要家用の 2020 年及び 2030 年のコスト目標については二次電池種別設置環境運転条件等により容量あたりのコストが大きく異なる可能性があるため更なる低コスト化を期待という方向性のみを記載した寿命目標については現在市販されている長寿命の鉛蓄電池を参考に系統用では 20 年需要家用では 2020 年を 15 年 2030 年を 20 年に設定したまた定置用二次電池への適用が想定される二次電池 ( リチウムイオン電池 NiMH 電池 NAS 電池鉛蓄電池レドックスフロー電池等 ) について現状の特性値及び今後解決すべき課題を記載した加えて規格標準化等電池系に関わらないものを共通課題として記載した 5

8 系統用普及初期需要家用池系の特長と課題共通課題電(2) 定置用二次電池ロードマップ二次電池の用途長周期変動調整用二次電池分間放電程度現在 (2012 年度末時点 ) 社会実証社会実証寿命 10~15 年 5-10 万円 /kwh 寿命 10~15 年 20 万円 /kw 導入初期 2020 年頃寿命 20 年 2.3 万円 /kwh 導入初期寿命 20 年 8.5 万円 /kw (PCS を含む電池システムでの表記 ) 2030 年頃寿命 20 年導入に向けて更なる低コスト化を期待本格導入期寿命 20 年導入に向けて更なる低コスト化を期待本格導入期中規模グリッド工場ビル集合住宅用二次電池 (CEMS FEMS BEMS 用 ( 注 ) 電池 ) 緊急時災害対策用社会実証寿命 10~15 年 5-60 万円 /kwh 普及初期 ( CEM S FEM S BEM S ( 注 ) 用途に統合 ) 寿命 15 年寿命 20 年普及に向けて更なる低コスト化を期待普及期家庭用二次電池 (HEMS 用 ( 注 ) 電池 ) 緊急時災害対策用普及初期寿命 5~10 年万円 /kwh 普及初期 ( HEMS ( 注 ) 用途に統合 ) 寿命 15 年寿命 20 年普及に向けて更なる低コスト化を期待普及期無線基地局データセンターバックアップ電源用二次電池二次電池の課題リチウムイオン電池鉛蓄電池普及初期数値は現状値でシステムでの値寿命 10 年万円 /kwh 200 Wh/L 80Wh/kg 100W/kg コスト低減安全性向上温度特性改善過充電耐性付与リサイクル技術確立 40Wh/L 10Wh/kg 30W/kg 充放電効率向上サイクル劣化抑制低 SOC 状態での劣化抑制集電体腐食抑制メンテナンス性向上寿命 15 年寿命 20 年普及に向けて更なる低コスト化を期待普及期 ( 注 ) CEMS=Community Energy Management System FEMS=Factory Energy Management System BEMS=Building Energy Management System HEMS=Home Energy Management System NiMH 電池 84 Wh/L 20Wh/kg 100W/kg コスト低減充放電効率向上自己放電抑制温度特性改善レアアースレス NAS 電池レドックスフロー電池 160 Wh/L 安全性向上コスト低減エネルギー効率向上 ( 保温エネルギー低減 ) リサイクル技術の確立 8.5 Wh/L 環境適合性向上コスト低減耐久性向上エネルギー密度向上補機用エネルギー低減資源制約緩和メンテナンス性向上エネルギー効率向上革新電池基礎科学の追求 ( 革新電池新概念検討計算科学及び高度解析技術を活用した劣化メカニズム等現象解析等 ) セルモジュール化技術セルモジュールシステムでの安全性確立等ブレークスルーが必要安全性向上レアメタル不使用等 PCS コスト低減長時間バックアップ (24 時間以上 ) V2H/V2G 二次利用残存性能把握リサイクル標準化等 6

9 3. 材料マップ (1) 材料マップの概要リチウムイオン電池は他の電池系と比較し正負極及び電解質等の材料の選択肢が広くまた選定した材料系で電池特性は大きく変化するため正負極及び電解質材料のうち代表的なものを研究開発の方向性と併せて記載したなお正極材料によっては負極にリチウム金属系の材料を使う必要があることから正極負極のマップのタイトルにはリチウム二次電池という表現を使っているルク組成の最適化に加えて表面修飾法等の検討を進める必要がある組電池での安全性を考慮した場合充放電曲線が電圧に対して傾きを有しつつ直線的に変化する正極材料は各電池の SOC の把握が容易となるため重要であるより高い容量密度を目指すには高い作動電圧と高容量な材料が必要となりリチウムイオン (Li + ) の拡散パスの維持に配慮した材料の構造を充放電時に保持する材料設計が必要となる (2) リチウム二次電池の正極材料の技術マップの概要現状のリチウムイオン電池では正極がリチウムイオンの供給源となる正極の有するリチウム量のうち充放電時に活用し得るものが電池容量に関係し充放電時の正極と負極の電位差が電池電圧に関係する正極材料の高容量化のためには化学式あたりに含まれるリチウム量が多い化合物の選択とそれらを十分に活かすための組成や粉体特性等の最適化が必要である更に高い容量密度が期待できる硫黄系正極も検討の余地がある正極材料の高出力化には微粒子化とその充填方法合剤電極層の設計活物質への電子伝導性の付与正極活物質と導電材との接合技術等の視点からの検討が必要である正極材料の低コスト化のためにはコバルトフリー正極の開発や鉄マンガンチタン等の資源的に豊富で安価な元素を最大限に活用した正極材料開発が重要となる寿命安全性向上には正極表面での電解液の分解反応抑制のためバ 7

10 (3) リチウム二次電池の正極材料の技術マップ平均電位 (V vs.li/li + ) (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ) (LiMn 2 O 4 ) (Li 2 FePO 4 F) スピネル系 (LiM 2 O 4 ) フッ化硫酸塩系 (Li 2 MSO 4 F) (LiCoPO 4 ) (LiMnPO 4 ) (Li 2 FeSiO 4 ) リン酸塩系 (LiMPO 4 ) (MNC) (LiFePO 4 ) 層状酸化物系 (LiMO 2 ) (Li[Ni 0.15 Li 02 Co 0.1 Mn 0.55 ]O 2 ) ホウ酸塩系 (LiMBO 3 ) (Li(Fe,Mn)BO 3 ) (V 2 O 5 ) 容量密度 (Ah/kg) フッ化リン酸塩系 (Li 2 MPO 4 F) 固溶体系 (Li 2 MO 3 -LiMO 2 ) 酸化ハナシウム系 / 酸化マンカン系 (V 2 O 5 LiV 3 O 8 MnO) ケイ酸塩系 (Li 2 MSiO 4 ) (S) 900 Ah/kg 硫黄系 (1) は ( 現行技術レベル OCV で測定 ) 楕円は理論値 ( 活物質単体の値 ) 矢印は改善の方向 (2) 容量密度は活物質単体が充放電できる Li イオン量より計算された密度 8

11 (4) リチウム二次電池の負極材料の技術マップの概要現在リチウムイオン電池の負極には電極電位がほぼリチウムと同じで比較的大きな理論容量と良好な寿命特性を示す炭素黒鉛系材料が主に使用されている負極の更なる高容量化のためには合金系負極材料等へのチャレンジングな取り組みが必要であるリチウムは多様な金属と合金を形成することが知られているこれらの合金系負極は電位はリチウムや炭素黒鉛系材料より高いものの高容量化が可能である 1996 年には日本のメーカーが非晶質スズ複合化合物を発表したがリチウムの充放電に起因する体積変化が大きく不可逆容量の点で実用化できなかったしかし合金化に関与しない物質を添加することにより電極全体の膨張収縮を抑えることまたマトリックスを加えてリチウム合金微粒子の再凝集を防ぐことを明らかにし現在のサイクル特性向上の方向性を示した現在は高容量でサイクル特性の良いシリコンとスズを用いた合金系負極の実用化研究が行われているその中で 2005 年には日本のメーカーがスズ -コバルト- 炭素系アモルファス負極材料を開発してこれを用いた民生用の新型リチウムイオン電池を商品化している合金系負極は大きな体積変化や不可逆容量微粉化による短寿命化等の解決すべき課題は多いがシリコン等コストや資源的に優位な材料も多いため更なる研究開発が望まれるまた高出力化のためにナノオーダーの活物質と導電材との接合技術の確立が必要であり安全性向上には負極表面での電解液の分解反応抑制等のための表面修飾法等の検討も進める必要がある但し負極の電位が低いことは上記課題の解決の上での技術的な困難さももたらしており高電位負極も念頭に置いて安全性寿命コスト等を含めた検討も必要である 9

12 (5) リチウム二次電池の負極材料の技術マップ 2.0 チタン酸化物系平均電位 (V vs.li/li + ) 1.0 (Li 4 Ti 5 O 12 ) (CoO) 酸化物系 (MOx) 硫化物系 ( コンバージョン + 合金 ) (MgH 2 ) 水素化物 ( コンバージョン ) ( ハードカーボン ) 窒化物系 Sn 合金系 SiO (Si 系 SiO/C 系 ) Li 3.75 Si 0 ( 黒鉛 ) 0 非結晶炭素黒鉛容量密度 (Ah/kg) 2000 Li 金属系 (1) は ( 現行技術レベル ) 楕円は理論値 ( 活物質単体の値 ) 矢印は改善の方向 (2) 容量密度は活物質単体が充放電できる Li イオン量より計算された密度 10

13 (6) リチウム二次電池の正極負極の組合せの概要正極材料と負極材料を組み合わせた統合マップを作成した基本的には平均電位が低いものを負極とし高いものを正極として電池が構成される現在実用化されている正極材料は負極材料に比べ容量が低いことから電池の大容量化のためには高容量正極の開発が課題である正極負極の組合せでは初期にどちらがリチウムイオンの供給源になるかも重要な検討点である現状のように炭素 (C) 負極とコバルト酸リチウム (LiCoO 2 ) 正極の組合せでは正極がリチウムイオンの供給源となる ( 放電状態で製造 ) しかし正極にリチウムイオンを含まない物質 ( 例. 酸化バナジウム系酸化マンガン系硫黄 ) を負極にリチウム金属やリチウムを含有している材料を用いる場合には充電状態での製造となることに留意する必要がある 11

14 (7) リチウム二次電池の正極負極の組合せスピネル系 (LiM 2 O 4 ) フッ化硫酸塩系 (Li 2 MSO 4 F) リン酸塩系 (LiMPO 4 ) フッ化リン酸塩系 (Li 2 MPO 4 F) ケイ酸塩系 (Li 2 MSiO 4 ) インサーション型正極非インサーション型正極インサーション型負極非インサーション型負極金属リチウム平均電位 (V vs.li/li + ) ホウ酸塩系 (LiMBO 3 ) 酸化ハナシウム系 / 酸化マンカン系 (V 2 O 5 LiV 3 O 8 MnO) 硫黄系チタン酸化物系 1.0 酸化物系 (MOx) 水素化物 ( コンバージョン ) 0 硫化物系 ( コンバージョン+ 合金 ) 窒化物系合金系非結晶炭素 Li 金属系黒鉛容量密度 (Ah/kg) 12

15 (8) リチウムイオン電池の電解質の技術マップの概要電解質は電池の入出力特性寿命安全性電圧に直接関わる電池のキーマテリアルである電解質は広い温度範囲で高いリチウムイオン伝導性を示し電気的安定性 ( 耐酸化性耐還元性に優れ広い電位窓を持つこと ) と化学的安定性 ( 熱的安定性活物質その他の物質と反応しないこと ) が高く人体や環境への負荷が低いこと更に安価であることが要求される特にリチウムイオン電池の適用が期待される HEV やPHEV では高出力が要求されるため電解質には高いイオン導電性が要求されるそのため有機電解質よりもイオン導電性が低い有機 ( または無機 ) 固体電解質を使用する際は薄膜化してイオン導電性を高くする必要があるが一定の厚さ以下では正極と負極の短絡に繋がるため高い成膜技術が必要であるまた有機系電解液は基本的に引火点を持つことからリチウムイオン電池の本質的な安全性向上のためにイオン液体電解質有機固体 ( ポリマー ) 電解質無機固体電解質等の開発が望まれているリチウムイオン電池の電解質材料の課題としては安全性向上低温域伝導率向上が挙げられる電解質材料については定量的評価項目が正極負極材料よりも多くそれらを一つにまとめることは困難であったことから電気伝導率の温度依存性電位窓については現在実用化されているか研究開発が行われているもののうち信頼できるが報告されているものをまとめた電気伝導率は電池の出力に大きく影響を与える重要な指標であり一般的に白金黒を使用したセルと電気伝導率計で測定されるこの図では各材料系の実用的な組成のうちで最も電気伝導率が高いものをプロットしている ( 有機系に関しては最も汎用的な組成のものをプロットしている ) 電解質材料は正負極の活物質と接することから酸化剤 ( 正極活物質 ) と還元剤 ( 負極活物質 ) と共存する必要があり電位窓の広さは重要な指標である電位窓の測定では一般的に電位走査ボルタンメトリーが採用されている電位窓の絶対値は測定条件 ( 作用電極の種類電位走査速度カットオフ電流密度測定温度 ) に依存するので相対的な指標として利用すべきである ( 微量不純物の影響も無視できない ) また電解質材料は正負極の活物質と接することで活物質上に表面皮膜を形成するがこれが電池の寿命特性安全性に大きく影響を及ぼす生成する表面皮膜は活物質材料との組み合わせにより異なり作動可能な電位範囲は活物質材料と電位窓に依存する電気伝導率の温度依存性及び電位窓のマッピングにおいて比較として水系についても併記した但し水系を用いた場合のリチウムイオン電池は有機電解液等を用いた現状のリチウムイオン二次電池と比較して電位が大幅に低くなる点に留意する必要がある 13

(9) リチウムイオン電池の電解質の技術マップ電気伝導率 (S cm -1 ) 10 0 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 -40 水系電解液無機固体電解質有機系電解液 (EC-EMC 系 ) 有機系電解液 (EC-PC 系 ) -30 ゲルポリマー電解質 -20-10 イオン液体系電解液有機固体電解質 0 10 20 温度 ( ) 30 40 50 60 水系電解液

16 (9) リチウムイオン電池の電解質の技術マップ電気伝導率 (S cm -1 ) 水系電解液無機固体電解質有機系電解液 (EC-EMC 系 ) 有機系電解液 (EC-PC 系 ) -30 ゲルポリマー電解質イオン液体系電解液有機固体電解質温度 ( ) 水系電解液有機系電解液イオン液体系電解液 ( 芳香族系 ) イオン液体系電解液 ( 脂肪族系 ) 固体電解質系 ( 有機系 ) 固体電解質系 ( 無機系 ) Li 負極 4V 正極 5V 正極 NHE Pt/I -, I 3- Ag/Ag PC EMIBF 4 H 2 O Al/AI 2 Cl 7 - Me 3 PrNN(CF 3 SO 2 ) 2 (CH 2 CH 2 O) n -0.1 Li 10 GeP 2 S 電位窓 (V) (V us. Pt/Fc,Fc + ) +0.7 LSV, Pt, 50 mv s -1, 1 ma cm -2, 25 各種電解質材料の電気伝導率温度依存性注 : 各材料系の代表的な組成のうちで最も電気伝導率が高いものをプロットした各種電解質の電位窓注 :4V 正極と 5V 正極の位置は触媒活性をふまえた各電解質の使用可能電位を示すもので横軸である電位窓のスケールとは無関係である 14

17 (10) 革新電池の技術マップの概要現在実用化されている電池系の中でリチウムイオン電池は鉛蓄電池やニッケル水素電池に比べ高いエネルギー密度を有しているまた現行のリチウムイオン電池に比べさらに高いエネルギー密度を持つ材料を適用した先進リチウムイオン電池についても研究開発が行われているしかし提言ではリチウムイオン電池系の性能限界となるエネルギー密度も指摘されており先進リチウムイオン電池系においても性能向上には上限があるとされているそこでリチウムイオン電池を含む既存の電池系を超えるエネルギー密度を有する新たな革新電池の登場が望まれる革新電池系についての明確な定義はないことから 2030 年頃に要求される現行の電池系では到達し得ないような高い性能を達成し得る可能性がある電池系を革新電池系とした例として金属 - 空気電池リチウム硫黄電池金属負極電池等が挙げられるこれら革新電池系も現行の電池系と同様に 2 つの重要用途 ( 自動車用定置用 ) について展開され次第に置き換わるものと考えられる各用途に対応した普及に向けての施策や導入支援等の検討実用化課題の把握等を整理し実施していくことが期待される 15

18 (11) 革新電池の技術マップ 5 リチウムイオン電池 4 作動電圧 (V) 3 2 ナトリウムイオン電池リチウム硫黄電池金属 - 空気電池 2000 Wh/kg 1 金属負極電池 ( カルシウムマグネシウムアルミニウム等 ) 1000 Wh/kg Wh/kg 容量密度 (Ah/kg) 注 : 容量は正極負極材料に着目した整理である 16

19 4. 革新電池の実現に向けて 3.(11) の革新電池の技術マップで挙げた革新電池系についても現行の電池系と同様に 2 つの重要用途 ( 自動車用定置用 ) について展開され次第に導入されていくことが期待されるこれらの革新電池の実現に向けては基礎研究段階から実用化に至るまでのそれぞれのフェーズにおいて産学官それぞれが求められる役割を着実に実行していくことが重要であるまた各フェーズで有望技術の絞り込みなど適切な評価を行っていくことが求められる加えて各用途における実用化に向けた技術的な課題を確実に把握し革新電池の原理の確立から材料技術セル化技術モジュール化技術の開発及び想定した用途における実証試験まで明確なマイルストーンを定めて研究開発を進めていくことが必要である 17

20 NEDO 二次電池技術開発ロードマップ (Battery RM2013) 検討メンバーロードマップ策定委員会委員リスト委員長柏木孝夫東京工業大学特命教授東京都市大学教授副委員長小久見善八京都大学産官学連携本部特任教授委員佐藤祐一神奈川大学工学研究所客員教授委員金村聖志首都大学東京大学院都市環境科学研究科教授委員辰巳砂昌弘大阪府立大学大学院工学研究科物質化学系専攻応用科学分野教授委員辰巳国昭独立行政法人産業技術総合研究所ユビキタスエネルギー研究部門副研究部門長委員太田璋技術研究組合リチウムイオン電池材料評価研究センター専務理事委員菅原浩一般社団法人日本自動車工業会電動車両部会副部会長委員松本孝直一般社団法人電池工業会次世代蓄電池担当部長委員藤井俊英電気事業連合会技術開発部長 ( 敬称略順不同所属役職は 2013 年 6 月時点 ) 18

21 自動車用二次電池 WG 委員リスト座長佐藤祐一神奈川大学工学研究所客員教授副座長辰巳国昭独立行政法人産業技術総合研究所ユビキタスエネルギー研究部門副研究部門長委員岡島博司トヨタ自動車株式会社技術統括部主査担当部長委員宮本丈司日産自動車株式会社 EV エネルギー開発部エキスパートリーダー委員新村光一株式会社本田技術研究所四輪 R&D センター第 5 技術開発室上席研究員委員原口和典三菱自動車工業株式会社 EV 要素研究部担当部長委員奥山良一株式会社 GS ユアサ研究開発センター副センター長委員堀場達雄三重大学大学院工学研究科特任教授委員米津育郎パナソニック株式会社オートモーティブ & インダストリアルシステムズ社技術本部エナジー開発センター技術企画グループ技術戦略チーム参事委員木戸彰彦一般財団法人日本自動車研究所 FC EV 研究部研究主幹委員竹井勝仁一般財団法人電力中央研究所材料科学研究所上席研究員委員中島孝之三菱化学株式会社電池本部電池企画室シニアマネージャー ( 敬称略順不同所属役職は 2013 年 6 月時点 ) 19

22 定置用二次電池 WG 委員リスト座長佐藤祐一神奈川大学工学研究所客員教授副座長辰巳国昭独立行政法人産業技術総合研究所ユビキタスエネルギー研究部門副研究部門長委員岡田重人九州大学先導物質化学研究所准教授委員野崎健独立行政法人産業技術総合研究所エネルギー技術研究部門燃料電池システムグループ委員横山清志東京電力株式会社技術開発研究所電力貯蔵ソリューショングループマネージャー委員石川勝也川崎重工業株式会社車両カンパニーギガセル電池センターセンター長委員本多啓三株式会社東芝社会インフラシステム社自動車システム統括部技監委員竹井勝仁一般財団法人電力中央研究所材料科学研究所上席研究員委員委員原田真宏米津育郎大和ハウス工業株式会社総合技術研究所フロンティア技術研究室地球温暖化防止研究グループ新エネルギー技術研究チームパナソニック株式会社オートモーティブ & インダストリアルシステムズ社技術本部エナジー開発センター技術企画グループ技術戦略チーム参事委員妹尾直ソニーエナジーデバイス株式会社事業部門 LI2 部事業推進課委員安達和弘新神戸電機株式会社営業本部蓄電ソリューション営業部部長委員重松敏夫住友電気工業株式会社パワーシステム研究所二次電池部主幹委員沖本明道日本ガイシ株式会社 NAS 事業部技術担当部長 ( 敬称略順不同所属役職は 2013 年 6 月時点 ) 20

23 材料マップ検討会委員リスト座長金村聖志首都大学東京大学院都市環境科学研究科教授副座長辰巳国昭独立行政法人産業技術総合研究所ユビキタスエネルギー研究部門副研究部門長委員山田淳夫東京大学大学院工学系研究科化学システム工学専攻教授委員門間聰之早稲田大学理工学術院准教授委員駒場慎一東京理科大学理学部応用化学科教授委員獨古薫横浜国立大学大学院工学研究院機能の創生部門准教授委員奥山良一株式会社 GS ユアサ研究開発センター副センター長委員堀場達雄三重大学大学院工学研究科特任教授委員米津育郎パナソニック株式会社オートモーティブ & インダストリアルシステムズ社技術本部エナジー開発センター技術企画グループ技術戦略チーム参事委員中島孝之三菱化学株式会社電池本部電池企画室シニアマネージャー委員酒向謙太朗旭化成イーマテリアルズ株式会社電池材料技術部ハイポア技術開発部委員小柴信晴石原産業株式会社電池材料推進総括本部電池関連技術顧問兼 ) 電池材料推進総括本部副本部長委員武内正隆昭和電工株式会社先端電池材料部横浜開発センター長委員斉藤光正住友大阪セメント株式会社新規技術研究所技師長 ( 敬称略順不同所属役職は 2013 年 6 月時点 ) 21

sample リチウムイオン電池の電気化学測定の基礎と測定解析事例右京良雄著本書の購入は下記 URL よりお願い致します情報機構 sample

sample リチウムイオン電池の電気化学測定の基礎と測定解析事例右京良雄著本書の購入は下記 URL よりお願い致します情報機構 sample sample リチウムイオン電池の電気化学測定の基礎と測定解析事例右京良雄著本書の購入は下記 URL よりお願い致します http://www.johokiko.co.jp/ebook/bc140202.php 情報機構 sample はじめにリチウムイオン電池はエネルギー密度や出力密度が大きいことなどからノートパソコンや携帯電話などの電源としてあるいは HV や EV などの自動車用動力源として用いられるようになってきている