P13007 平 成 28 年 度 実 施 方 針 スマートコミュニティ 部 1. 件 名 : 先 進 革 新 蓄 電 池 材 料 評 価 技 術 開 発 2. 根 拠 法 国 立 研 究 開 発 法 人 新 エネルギー 産 業 技 術 総 合 開 発 機 構 法 第 15 条 第 1 号 ニ 3. 背 景 及 び 目 的 目 標 (1) 政 策 的 な 重 要 性 新 成 長 戦 略 ( 基 本 方 針 )~ 輝 きのある 日 本 へ~ (2009 年 12 月 閣 議 決 定 )においては グリーンイノベーションによる 環 境 エネルギー 大 国 戦 略 の 中 で 蓄 電 池 や 次 世 代 自 動 車 等 の 革 新 的 技 術 開 発 の 前 倒 しの 必 要 性 が 謳 われており これらは 政 策 的 に 重 点 的 に 取 り 組 む べきエネルギー 革 新 技 術 として 位 置 付 けられている また エネルギー 基 本 計 画 (2014 年 4 月 閣 議 決 定 )では 技 術 開 発 国 際 標 準 化 等 により 低 コスト 化 高 性 能 化 を 図 ることにより 蓄 電 池 の 導 入 を 促 進 していくことが 目 標 として 掲 げられている さらに 蓄 電 池 戦 略 (2012 年 7 月 経 済 産 業 省 )においては 定 置 用 蓄 電 池 については 低 コスト 化 の 技 術 開 発 が 車 載 用 蓄 電 池 については EV や PHEV 等 の 航 続 距 離 向 上 とコスト 低 減 を 進 めるため 性 能 向 上 に 寄 与 する 材 料 の 研 究 開 発 が 必 要 であるとしている 本 研 究 開 発 は 我 が 国 の 将 来 の 成 長 の 糧 となるイノベーションを 創 出 する 未 来 開 拓 研 究 プ ロジェクトの 一 つとして 実 施 されるものである (2) 我 が 国 の 状 況 携 帯 電 話 ノートパソコン 等 の 民 生 用 リチウムイオン 電 池 市 場 において 我 が 国 企 業 の 世 界 シェアは 2000 年 度 において 90% 超 を 占 めていた しかしながら ウォン 安 政 策 支 援 に 起 因 するコスト 競 争 力 の 強 み 等 を 背 景 として 韓 国 企 業 が 急 速 に 追 い 上 げ 我 が 国 企 業 のシェア は 2011 年 度 において 40% 程 度 まで 落 ち 込 んでいる 民 生 用 電 池 の 市 場 は 今 後 成 長 が 鈍 化 すると 予 想 されるものの 今 後 も 市 場 の 拡 大 は 見 込 まれている また 出 力 が 不 安 定 な 再 生 可 能 エネルギーの 大 量 導 入 時 における 電 力 貯 蔵 や 電 力 系 統 の 安 定 化 対 策 EV 等 の 次 世 代 自 動 車 の 本 格 的 な 導 入 普 及 において 蓄 電 池 は 重 要 な 技 術 であり 今 後 市 場 は 大 きく 成 長 すると 共 に 世 界 的 な 企 業 間 競 争 が 激 化 することが 予 想 される そのため 我 が 国 の 競 争 力 確 保 に 向 けた 技 術 開 発 実 証 及 び 国 際 標 準 化 を 戦 略 的 に 推 進 する 必 要 がある (3) 世 界 の 取 り 組 み 状 況 現 在 世 界 各 国 において 蓄 電 池 の 更 なる 高 性 能 化 や 低 コスト 化 を 図 る 研 究 開 発 が 進 めら れている 米 国 は エネルギー 省 (DOE)の Vehicle Technology Program において 先 進 的 なリチウム イオン 電 池 及 びその 材 料 の 研 究 開 発 を 行 っている また Advanced Research Projects Agency Energy (ARPA-E) の 中 に あ る Batteries for Electrical Energy Storage in Transportation (BEEST)において コストを 現 状 の 1/3 エネルギー 密 度 を 現 状 の 2~5 倍 を 開 発 目 標 として マグネシウム 電 池 亜 鉛 空 気 電 池 リチウム 硫 黄 電 池 等 の 革 新 型 蓄 電 池 が 開 発 されている さらに 2012 年 11 月 DOE は 5 年 間 で 1 億 2,000 万 ドルを 投 資 する 計 画 で アルゴンヌ 国 立 研 究 所 を 中 心 とする 次 世 代 蓄 電 池 の 研 究 拠 点 を 設 立 しており 研 究 成 果
の 事 業 化 を 図 る 役 割 で 大 手 化 学 メーカや 自 動 車 部 品 メーカ 等 も 参 加 している 欧 州 は 欧 州 連 合 (EU)の 科 学 技 術 研 究 開 発 への 財 政 支 援 制 度 である 第 7 次 Framework Program (2006~2012 年 )においてナノケミストリーを 活 用 した 先 進 的 なリチウムイオン 電 池 用 材 料 の 開 発 を 行 っている また EU とは 別 に ドイツは 2008 年 に 閣 議 決 定 された 国 家 E-モ ビリティ 開 発 計 画 の 中 で EV 用 蓄 電 池 の 研 究 開 発 を 行 っている 韓 国 は 2010 年 に 二 次 電 池 競 争 力 強 化 法 案 として 2020 年 までに 企 業 及 び 政 府 で 15 兆 ウォンを 投 資 し 中 大 型 蓄 電 池 での 世 界 市 場 シェア 50% 電 池 用 素 材 の 国 産 化 率 75% を 目 指 すとの 政 策 を 打 ち 出 している 特 に 本 格 輸 出 国 家 として 浮 上 するため グローバル 素 材 メーカを 10 社 以 上 育 成 する 等 電 池 メーカのみならず 横 断 的 な 国 際 競 争 力 を 高 める 方 針 である また 電 池 性 能 も 日 本 と 同 レベルの 目 標 (EV 用 途 でエネルギー 密 度 250Wh/kg)を 掲 げ リチウムイオン 電 池 の 開 発 を 推 進 している 中 国 は 国 家 ハイテク 研 究 発 展 計 画 (863 計 画 )において 7.38 億 元 (2011 年 ~2013 年 の 3 年 間 合 計 )の 資 金 を 投 入 し EV 関 連 技 術 の 開 発 を 推 進 しており この 中 にはエネルギー 密 度 500Wh/kg 以 上 を 目 標 としたリチウム 硫 黄 電 池 やリチウム 空 気 電 池 の 開 発 が 含 まれてい る また 中 国 国 家 重 点 基 礎 研 究 発 展 計 画 (973 計 画 )において 新 型 蓄 電 池 の 基 礎 研 究 を 行 っている (4) 本 事 業 のねらい 世 界 的 な 企 業 間 競 争 が 激 化 しつつある 蓄 電 池 産 業 において 我 が 国 の 競 争 優 位 性 を 確 保 するためには 高 性 能 低 コストの 蓄 電 池 を 他 国 に 先 駆 けて 開 発 し 継 続 的 に 市 場 へ 投 入 して いく 必 要 がある そのため 本 事 業 においては 先 進 リチウムイオン 電 池 1 や 革 新 電 池 2 の 技 術 進 展 に 合 わ せて 産 業 界 の 共 通 指 標 として 機 能 する 材 料 評 価 技 術 ( 標 準 電 池 モデルの 仕 様 作 製 法 性 能 評 価 条 件 手 順 等 )を 確 立 し 国 内 材 料 メーカからの 迅 速 な 新 材 料 提 案 や 国 内 電 池 メーカ の 開 発 効 率 向 上 を 促 進 することで 高 性 能 低 コストの 蓄 電 池 3 の 早 期 実 用 化 を 図 る 1: 先 進 リチウムイオン 電 池 高 電 位 高 容 量 正 極 材 料 高 容 量 負 極 材 料 高 電 圧 耐 性 を 有 する 電 解 質 材 料 等 を 用 い て 高 性 能 化 や 高 耐 久 化 低 コスト 化 を 図 ったリチウムイオン 電 池 2: 革 新 電 池 リチウムイオン 電 池 のエネルギー 密 度 の 理 論 限 界 (250Wh/kg)を 超 えての 実 用 化 が 期 待 できる 電 池 全 固 体 電 池 多 価 カチオン 電 池 金 属 空 気 電 池 等 3: 高 性 能 低 コストの 蓄 電 池 の 実 用 化 目 標 車 載 用 蓄 電 池 及 び 定 置 用 蓄 電 池 の 2020 年 実 用 化 目 標 を 以 下 に 示 す なお 車 載 用 蓄 電 池 については 電 池 パックとしての 目 標 値 定 置 用 蓄 電 池 についてはパワーコンディショナ を 含 んだ 蓄 電 池 システムとしての 目 標 値 を 示 している 2
車 載 用 蓄 電 池 の 2020 年 実 用 化 目 標 値 項 目 PHEV 次 世 代 HEV 用 EV 用 エネルギー 密 度 200Wh/kg 250Wh/kg 出 力 密 度 2,500W/kg 1,500W/kg カレンダー 寿 命 10~15 年 10~15 年 サイクル 寿 命 4,000~6,000 サイクル 1,000~1,500 サイクル コスト 2 万 円 /kwh 2 万 円 /kwh 定 置 用 蓄 電 池 の 2020 年 実 用 化 目 標 値 項 目 電 力 系 統 用 電 力 貯 蔵 短 周 期 周 波 数 変 動 中 規 模 グリッド 産 業 家 庭 用 寿 命 20 年 20 年 15 年 コスト 2.3 万 円 /kwh 8.5 万 円 /kw 4 万 円 /kwh (5) 研 究 開 発 の 目 標 第 1 期 (2013~2017 年 度 )の 目 標 は 以 下 の 通 りとする [ 最 終 目 標 ](2017 年 度 ) 革 新 電 池 のうち 全 固 体 電 池 に 用 いられる 新 規 材 料 について 初 期 特 性 保 存 サイクル 劣 化 等 の 寿 命 特 性 安 全 性 信 頼 性 を 評 価 する 技 術 を 開 発 する また 必 要 に 応 じ 先 進 リ チウムイオン 電 池 の 材 料 評 価 技 術 について 電 池 及 び 電 池 材 料 の 開 発 の 進 展 に 対 応 した 見 直 し 追 加 を 行 う [ 中 間 目 標 ](2015 年 度 ) 先 進 リチウムイオン 電 池 に 用 いられる 新 規 材 料 について 初 期 特 性 保 存 サイクル 劣 化 等 の 寿 命 特 性 安 全 性 信 頼 性 を 評 価 する 技 術 を 開 発 する なお 第 2 期 (2018~2022 年 度 )の 目 標 は 第 1 期 の 進 捗 2017 年 度 に 実 施 する 外 部 有 識 者 による 第 1 期 の 前 倒 し 事 後 評 価 の 結 果 及 び 技 術 市 場 動 向 等 を 総 合 的 に 勘 案 して 決 定 す る 4. 実 施 内 容 及 び 進 捗 ( 達 成 ) 内 容 プロジェクトマネージャーに NEDO スマートコミュニティ 部 細 井 敬 統 括 研 究 員 を 任 命 して プ ロジェクトの 進 行 全 体 の 企 画 管 理 や そのプロジェクトに 求 められる 技 術 的 成 果 及 び 政 策 的 効 果 を 最 大 化 させた 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 太 田 璋 氏 をプロ ジェクトリーダーとし 以 下 の 研 究 開 発 を 実 施 した 4.1 平 成 27 年 度 までの 事 業 内 容 (1) 先 進 リチウムイオン 電 池 の 材 料 評 価 技 術 高 エネルギー 密 度 化 や 安 全 性 の 向 上 に 向 けて 可 能 性 を 有 する 高 電 位 正 極 高 容 量 正 極 高 容 量 負 極 及 び 難 燃 性 電 解 液 の 合 計 4 種 の 材 料 を 基 軸 とする 標 準 電 池 モデル(1Ah 級 ラミ ネート 形 セル)を 開 発 し その 試 作 仕 様 書 と 性 能 評 価 手 順 書 を 策 定 した また 開 発 した 標 準 電 池 モデルの 充 放 電 特 性 保 存 サイクル 特 性 高 温 環 境 での 電 解 液 の 酸 化 分 解 (ガス 発 生 現 象 ) 等 のデータ 蓄 積 を 進 めた さらに 示 差 走 査 熱 量 計 (Differential scanning calorimetry:dsc) カルベ 式 熱 量 計 (C80 カロリーメータ) 及 び 断 熱 型 反 応 熱 量 計 (Adiabatic Reaction Calorimeter:ARC)を 用 いた 高 精 度 の 熱 特 性 評 価 技 術 を 開 発 し 材 料 単 体 合 剤 電 極 及 び 電 池 の 発 熱 挙 動 や 高 電 圧 安 定 性 等 のデータ 蓄 積 を 進 めた 3
(2) 革 新 電 池 の 材 料 評 価 技 術 硫 化 物 系 全 固 体 電 池 の 基 軸 となる 固 体 電 解 質 及 び 電 極 活 物 質 の 特 性 を 把 握 することに 主 眼 を 置 いた 圧 粉 成 形 の 標 準 電 池 モデルを 開 発 し その 試 作 仕 様 書 と 性 能 評 価 手 順 書 を 策 定 した 加 えて 全 固 体 電 池 の 実 用 化 状 態 を 想 定 したシート 成 形 の 標 準 電 池 モデルを 開 発 す るため 固 体 電 解 質 及 び 電 極 のシート 成 形 条 件 方 法 等 に 関 する 検 討 を 進 めた また 走 査 型 電 子 顕 微 鏡 (SEM)の 二 次 電 子 像 を 画 像 処 理 して 電 極 内 の 空 隙 率 を 数 値 化 する 手 法 参 照 極 (イオンブロッキング 電 極 )を 用 いた 交 流 インピーダンス 測 定 により 電 極 内 部 の 電 子 伝 導 度 とイオン 伝 導 度 を 分 離 して 測 定 する 手 法 を 開 発 した なお これら 研 究 開 発 は 文 部 科 学 省 が 所 管 する 先 端 的 低 炭 素 化 技 術 開 発 (ALCA)/ 次 世 代 蓄 電 池 研 究 加 速 プロジェクト の 硫 化 物 全 固 体 電 池 チームの 研 究 者 と 情 報 意 見 交 換 等 を 行 いながら 進 めた 平 成 27 年 7 月 に 実 施 した 外 部 有 識 者 による 中 間 評 価 では 開 発 した 評 価 技 術 は 一 定 のレベ ルに 達 し 技 術 的 にも 信 頼 の 置 ける 成 果 が 出 ている また 国 内 材 料 メーカ 技 術 者 の 人 材 育 成 を 含 む 波 及 効 果 も 著 しいとの 評 価 を 得 た 4.2 実 績 推 移 平 成 25 年 度 平 成 26 年 度 平 成 27 年 度 委 託 委 託 委 託 実 績 額 推 移 需 給 勘 定 ( 百 万 円 ) 306 524 600 特 許 出 願 件 数 0 0 2 論 文 発 表 数 ( 報 ) 0 0 0 フォーラム 新 聞 発 表 等 件 数 ( 件 ) 0 0 0 5. 事 業 内 容 プロジェクトマネージャーに NEDO スマートコミュニティ 部 細 井 敬 統 括 研 究 員 を 任 命 して プ ロジェクトの 進 行 全 体 の 企 画 管 理 や そのプロジェクトに 求 められる 技 術 的 成 果 及 び 政 策 的 効 果 を 最 大 化 させる 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 太 田 璋 氏 をプロ ジェクトリーダーとし 以 下 の 研 究 開 発 を 実 施 する 5.1 平 成 28 年 度 ( 委 託 ) 事 業 内 容 (1) 先 進 リチウムイオン 電 池 の 材 料 評 価 技 術 平 成 27 年 度 に 策 定 した 4 種 の 標 準 電 池 モデルとその 試 作 仕 様 書 及 び 性 能 評 価 手 順 書 を 適 用 し 国 内 材 料 メーカより 提 供 される 新 材 料 サンプルを 用 いた 電 池 試 作 評 価 を 行 い 開 発 技 術 の 妥 当 性 及 び 有 用 性 について 検 証 する この 電 池 試 作 評 価 の 件 数 としては 50 件 を 目 標 とする 高 電 位 正 極 及 び 高 容 量 正 極 の 標 準 電 池 モデルについては 正 極 活 物 質 表 面 における 電 解 液 の 酸 化 分 解 正 極 活 物 質 からの 金 属 元 素 の 溶 出 溶 出 金 属 元 素 の 負 極 での 還 元 析 出 等 のメカニズムを 解 明 し 得 られた 知 見 をガス 発 生 や 電 池 変 形 等 を 抑 制 するモデルの 改 良 に 繋 げる また 高 容 量 負 極 の 標 準 電 池 モデルについては 負 極 における SiO 含 有 率 の 増 加 他 の 標 準 電 池 モデルで 使 用 している 正 極 材 料 等 との 組 合 せを 検 討 する (2) 革 新 電 池 の 材 料 評 価 技 術 電 極 及 び 固 体 電 解 質 のシート 成 形 条 件 方 法 これらシート 体 の 接 合 条 件 方 法 等 の 最 適 化 を 図 りつつ 電 池 試 作 と 特 性 評 価 を 行 って シート 成 形 の 標 準 電 池 モデルの 基 本 仕 様 を 確 4
定 し 試 作 仕 様 書 及 び 性 能 評 価 手 順 書 の 策 定 を 完 了 させる また シート 成 形 の 電 極 及 び 固 体 電 解 質 をバイポーラ 積 層 した 標 準 電 池 モデルの 開 発 に 着 手 し 積 層 構 造 や 集 電 体 の 形 状 材 質 等 を 検 討 する さらに 標 準 電 池 モデルを 加 熱 昇 温 し カルベ 式 熱 量 計 測 ラマン 分 光 分 析 X 線 回 折 分 析 等 を 行 い 熱 的 安 定 性 のデータを 取 得 する なお これら 研 究 開 発 は 先 端 的 低 炭 素 化 技 術 開 発 (ALCA)/ 次 世 代 蓄 電 池 研 究 加 速 プロジェクト の 硫 化 物 全 固 体 電 池 チームの 研 究 者 と 情 報 意 見 交 換 等 を 行 いながら 進 める また これらの 研 究 者 の 開 発 している 材 料 を 入 手 し その 実 用 化 可 能 性 を 評 価 する 5.2 平 成 28 年 度 事 業 規 模 需 給 勘 定 420 百 万 円 ( 継 続 ) 事 業 規 模 については 変 動 があり 得 る 6. その 他 重 要 事 項 (1) 評 価 の 方 法 NEDO は 技 術 的 及 び 政 策 的 観 点 から 研 究 開 発 の 意 義 目 標 達 成 度 成 果 の 技 術 的 意 義 並 びに 将 来 の 産 業 への 波 及 効 果 等 について 外 部 有 識 者 による 研 究 開 発 の 前 倒 し 事 後 評 価 を 平 成 29 年 度 に 実 施 し その 評 価 結 果 を 踏 まえて 第 2 期 における 研 究 開 発 計 画 を 策 定 する (2) 運 営 管 理 研 究 開 発 全 体 の 管 理 執 行 に 責 任 を 有 する NEDO は 経 済 産 業 省 及 び 研 究 開 発 責 任 者 と 密 接 な 関 係 を 維 持 しつつ 本 事 業 の 目 的 及 び 目 標 に 照 らして 適 切 な 運 営 管 理 を 実 施 する 具 体 的 には リチウムイオン 電 池 応 用 実 用 化 先 端 技 術 開 発 事 業 等 と 連 携 し 本 事 業 を 効 果 的 効 率 的 に 推 進 するための 技 術 委 員 会 を 設 置 したうえ 外 部 有 識 者 の 意 見 助 言 を 求 め る また 必 要 に 応 じて NEDO に 委 員 会 や 技 術 検 討 会 等 を 設 置 し 事 業 の 進 捗 について 報 告 を 受 ける 等 を 行 う さらに 年 に1 回 程 度 事 業 の 効 率 的 な 推 進 情 報 や 認 識 の 共 有 等 を 目 的 に 本 事 業 の 実 施 者 による 報 告 会 等 を 行 う (3) 複 数 年 度 契 約 の 実 施 平 成 25~29 年 度 の 複 数 年 度 契 約 を 行 う (4) 知 財 マネジメントに 係 る 運 用 NEDO プロジェクトにおける 知 財 マネジメント 基 本 方 針 に 従 ってプロジェクトを 実 施 する 7. 実 施 方 針 の 改 訂 履 歴 平 成 28 年 3 月 制 定 5
( 別 紙 ) 事 業 実 施 体 制 の 全 体 図 NEDO 先 進 革 新 蓄 電 池 材 料 評 価 技 術 開 発 の 実 施 体 制 プロジェクトマネージャー 所 属 NEDO スマートコミュニティ 部 役 職 名 統 括 研 究 員 ( 兼 ) 蓄 電 技 術 開 発 室 長 氏 名 細 井 敬 指 示 協 議 委 託 プロジェクトリーダー 所 属 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 役 職 名 専 務 理 事 兼 研 究 部 長 氏 名 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 組 合 員 旭 化 成 株 式 会 社 株 式 会 社 クラレ 国 立 研 究 開 発 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所 JSR 株 式 会 社 JNC 株 式 会 社 信 越 化 学 工 業 株 式 会 社 住 友 ベークライト 株 式 会 社 大 日 本 印 刷 株 式 会 社 東 レ 株 式 会 社 凸 版 印 刷 株 式 会 社 株 式 会 社 日 本 触 媒 日 立 化 成 株 式 会 社 富 士 フイルム 株 式 会 社 三 井 化 学 株 式 会 社 三 菱 化 学 株 式 会 社 連 携 研 究 機 関 トヨタ 自 動 車 株 式 会 社 日 立 マクセル 株 式 会 社 パナソニック 株 式 会 社 研 究 項 目 : (1) 電 池 モデルの 策 定 (2) 電 池 モデルの 作 製 仕 様 書 の 策 定 (3) 性 能 評 価 手 順 書 の 策 定 (4) 評 価 技 術 の 妥 当 性 検 証 6