Li-ion電池用正極材料の動向

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1 Li-io 正極材料の動向 2010 年 12 月 16 日戸田工業株式会社 TEMAC 荻須謙二 1

2 本日の講演 1. 戸田工業の紹介 2. 正極材料の動向について 2-1. 正極材料 Map 2-2 正極材料特性 2-3 LiNiCoAlO2について 2-3 Li-Rich NCMについて 2-4 LiMn2O4について 3. まとめ 2

3 Historical Fe 2 O 3 Factory near HIROSHIMA 3 3

4 Raw material for lead-free vinyl chloride stabilizers. Dioxin reduction and functional compounds for crow-repellent garbage bags, etc.. 戸田工業株式会社事業領域 Functional materials and remediation for environmental Environmental system engineering for waste water and gas, etc.. Fujikasui Engineering Co., Ltd. Toner materials, carriers, and magnetic materials for printers and copying machines. Electronic printing materials Battery materials for PC, mobile phones, hybrid cars, and industrial applications. Battery materials Providing the solutions with unique materials to support information technology, a safe environment, future energy needs, and medical progress. Toda Energy Materials Company (TEMAC) EMC materials and devices Antenna sheet and IC tags for RFID. Sheet and materials for noise suppressing and absorber. Pigments Pigment for colored pavement. Highly reflective pigment for heat island phenomenon. Non-lead pigments for road line. Materials for electronic components Magnetic materials for composite magnets and cards. Electronic materials for inductors and capacitors. Digital recording media materials Magnetic materials for digital recording tape. Electromagnetic wave shielding materials for displays. 4

5 戸田工業株式会社事業状況 COMPANY PROFILE Capital Stock : 5.56 Billion (100 JPY/$) Employees : 379 (R&D Center : 130) Sales : 32.3 Billion (FY2009, Consolidated) Founded : 1823 Incorporated : 1933 MANUFACTURING FACILITIES & OFFICES Head Office : Hiroshima Sales Office : Tokyo,Dusseldrof,Chicago,Seol Plants : Onoda, Otake, Kitakyushu, Okayama Canada, USA, China (3), Korea(2) R & D Centers : Otake, Onoda, Kitakyushu TODA Europe GmbH : Duesseldolf (Germany) TODA America Inc. : Chicago (IL),Battle Creek(MI) TODA ADVANCED MATERIALS INC. (Canada) 5

6 電池材料事業事業所 Toda Kogyo Europe Düsseldorf Toda Advanced Material Sarnia, Canada Toda Korea Toda America Inc. Chicago, USA Toda America Inc. Battle Creek, USA 中国 戸田工業株会社 / 日本東京支社戸田工業本社 / 広島県大竹市小野田事業所 / 山口県山陽小野田市戸田マテリアル / 福岡県北九州市 6

7 戸田工業電池材料事業事業所 小野田事業所戸田マテリアル北九州 TODA Advanced Materials Inc. Canada TODA America Inc. Michigan 7

8 北米に於ける戸田工業正極材料生産拠点 アメリカ Michigan 州 Battle Creek 市 (2011 年より稼働予定 ) 正極材料生産予定 Midland カナダ Ontario 州 Sarnia 市前駆体生産中 Flint Holland Lansing Detroit Kalamazoo Ann Arbor 8

9 電池事業の経緯 90 年代に Li-ion 電池正極材料の研究に着手 2000 年から Co3O4 を出発原料とした LiCoO2 の事業を開始 2002 年に富士化学より LiNiCoAlO2 の事業を引き継ぐ ( 富士化学は 1992 年より Ni 系事業を展開 ) 2007 年に HC.Starck より Ni(OH)2/LiNiCoMO2/CoOx 事業を継承 2008 年 LiMn2O4 の事業化 2008 年 Argonne National Lab. と Li-Rich NCM の License 契約を締結 三成分系の事業化 2009 年米国 DOE からを受け Michigan 州 Battle Creak に工場建設を開始 2010 年伊藤忠と前駆体 正極材料製造の JV を設立 9

10 電池事業の優位点 無機合成化学分野での豊富な事業経験 広い商品群と前駆体から最終商品までの一貫生産 原料会社との戦略的協業 開発から商品化まで顧客要求に対応 知的財産権の確立 高い品質での生産 生産のGlobal 展開 車載用電池材料への注力 10

11 菅総理大臣 TMC( 北九州工場視察 ) 2010 年 8 月 28 日 11

12 Plug in Prius Mitsubishi I Miev Th!nk city Tesla EV Roadster GM Volt Nissan LEAF BMW 7 Active Hybrid Benz S400 Blue Hybrid Renault EV 12

13 2010 年 CEATEC EV/ES/Energy Solution /3D/WiFi/Gam 13

14 車載用リチウムイオン電池と電池構造 電池パック 車載用リチウムイオン電池 車載用電池 電池構造 電気自動車 HEV P-HEV Source: National Renewable Energy Laboratory 正極 正極材料 14 14

15 正極材料 負極材料の組み合わせ 出典 ;D.Aurbach International Batteries Seminar 2010 Florida 15

16 車載用 Li-ion 電池正極材料需要予測 2020 年 72,000,000kWh 540Wh/kg =133,333tons Cf :0.15x3.6 X1000,000 =540kWh/ton 出典 : 竹下 IT 総研 月 16

17 Li-ion 電池正極材料 Map 7 Volt LiNiPO4 Li2MnO3-Li1.2V3O8 LiMn2O4 LiCoO2 LiFePO4 LiTi2(PO4)3 Li5FeO4-Li1.2V3O8 Li[Li1/5Ni1/5Mn3/5]O2 LiNiMn Spinel LiMnPO4 LiNiCoAlO2 Li2FeMnTiO3 FeF3 Li-Rich NiCoMnO2 Li-Rich NiCoMn AlO2 Li-RichMnCoNiO2-Li4Mn5O12 Li-RichMnCoNiO2-V2O5 Li-Rich MnNiCoO2 LiTi2(PS4)3 FeOxF2-x Current New Proposal Complex New System mAh/g 17

18 Cell voltage(v) 代表的な正極材料の放電特性 5.0 LNM(Sp) LMFPO LMO(Sp) LCO LNCM LNCA 3.5 LFPO LMNC Cathode Material LFPO LMFP LCO LMO LNCA LNCM LMNC LNM Anode Electrolyte Li metal LiPF 6 Solvent 30EC+70DEC 33EC+67DMC Cut-off voltage C-rate Capacity(mAh/g) 18

19 主な Li-ion 電池正極材料 出典 : 戸田工業株式会社資料 各種正極材料 正極材料 電圧 V vsli 平均電圧 V 密度 Packing D* Energy mah/g Energy Wh/L Energy Wh/L* Energy Wh/kg LiCoO LiMn2O LiNi0.8Co0.15Al0.05O LiNi0.33Mn0.33Co0.33O Li2MnO3-LiNiCoMnO LiFePO * 電極充填密度 g/cc * 電極 Energy 密度 Wh/L 19

20 2009 年 11 月 29 日日本経済新聞の記事 IT 総研の記事 (2009 Q3 Report) 2015 年 Li-MnCoNIO2 系高容量正極材料で 300 kmの走行可能! IT 総研の記事 (2009 Q3 Report) 20

21 2008 年 3 月 ANL よりライセンス締結 xli2mno3 (1-x)LiNiCoMnO2 物質 電池特許 Argonne National Lab. 発明者 Dr.M.M.Thackeray 氏と戸田俊行社長東京支社にて 21

22 要約 1. Li-ion 電池の新たな用途として HEV,EV, 定置型蓄電 Systemなどの市場へ拡大する 2. 高容量 高出力 耐久性 低価格 などの新たな要求応える必要が出てきた 要求に応える為改善を進めている 3. 電池材料事業への期待は各方面から高まる 4. Globalization and Localizationがこの事業の顧客要求を把握する方法である 47

23 ご清聴有難う御座いました 48

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スライド 1 -NEE 研究会 - 新たな蓄電技術の開発 サムスン日本研究所小林直哉 n3271.kobayashi@samsung.com 1 目次 1. 序論 1.1 電池の歴史 1.2 二次電池の市場動向 1.3 二次電池の技術変遷 1.4 二次電池の技術課題 2. リチウムイオン電池 2.1 リチウムイオン電池の原理 2.2 リチウムイオン電池の特徴 2.3 高容量化 ( 高エネルギー密度化 ) 技術 2.2.1

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