本書は「リチウムイオン電極の構成、特性と新たなプロセス」、S&T出版(株)(2024年11月刊行)の改訂版(※編集部注:更新版ではありません。前書と比較し、図表・解説の追加や削除があります)に相当する。一年も経たない間に改訂とは、前書の内容が不備であったのか、或いはこの間の技術が著しいかの何れかであろう。筆者の意識としては、何れも含まれる。特に“電極”と言うリチウムイオン電池の機能を担う部分を、書籍として調査・執筆を行うには新たな工夫が必要であり、単にページ数の多い本にしたのでは、読者に内容が伝わり難いとの思いがあった。
本書の技術的な内容であるが、現行の電解液系リチウムイオン電池を否定はしない。しかしながら電解液系の限界は既に見えている。固体電解質への転換や、同時に双極子(バイポーラー)セル化を電極の乾式化(ドライプロセス)で合理化しなければならない。既に古典となった湿式電極のプロセスは、これで新たなギガセル工場を建てても、コストダウンのネックにしかならない。
“電極”と言いながら、肝心の正極材は新たな硫黄正極のみを扱い、逆に負極材はLTO、NTO、シリコン系とリチウム・メタルを取り上げた。正極材の高性能化はほぼ一段落し、電池(セル)としてのパワー特性(W/Kg、W/L)や、サイクル特性のアップは、負極材の選定と使いこなしがポイントであろう。
過渡的で結論の出ていない、評価の定まらない組合せも多く取り上げた。理論値とは言いながら、かなり無理な内容もあるが、読者の討論のきっかけになれば幸いである。 (菅原秀一)
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§1.リチウムイオン電極と電池の概要
1.1 リチウムイオン電池の基本構成と電気化学
1.2 電池の充放電特性、エネルギーとパワー
1.3 製造プロセスと原材料、部材と工程
1.4 良い電極板とは、セル設計との整合
§2.EVなど実用電池の特性レベル(2025)
2.1 正極材の特性(Ah&V)と電池の特性レベル
2.2 EV実装電池(セル)と組電池(モジュール)の特性
§3.固体電解質の種類、特性と液系との比較
3.1 液系電解質と固体電解質の異差、電気二重層とイオン輸率
3.2 固電解質の種類と基礎特性、硫化物系と酸化物系その他
3.3 固体電解質の耐電圧(Redox Window)への期待
3.4 固体電解質と全固体電池に関する企業の動向
§4.セルを構成するイオンと電子伝導Pathの形成
4.1 正極材/固体電解質/負極材、接触と非接触
4.2 イオン伝導Path形成へのアイデア
4.3 固体電解質/イオン媒体/正・負極材
4.4 正・負極材の電子伝導とイオン伝導
§5.全固体電池の実用化への現状と課題
5.1 全固体リチウムイオン電池へのロードマップ
5.2 開発事例と企業動向(1)
5.3 開発事例と企業動向(2)
5.4 セル設計と電極面積のモデル
§6.負極材の多様化と選択
6.1 非炭素系のチタン酸リチウムLTO負極材(1)
6.2 LTO負極材(2)、充放電特性
6.3 新NTO、ニオブ・チタン負極材
6.4 その他開発系の負極材
6.5 SiおよびSiOx/C負極材の概要
6.6 SiO系開発の経緯、2019～
6.7 SiとSn合金系負極材、実用域の見定め
6.8 SiOx/C負極の実用化
6.9 SiOx/C負極のバインダー選択
6.10 SiOx/C系の応用展開
§7.(リチウム負極/硫黄正極系)電池の理論、構成と可能性
7.1 非遷移元素の正極と負極の組合せ
7.2 (リチウム負極/硫黄正極)の電極反応
7.3 電極動作域の拡大、二次元から三次元へ
7.4 最近の開発成果と文献紹介
7.5 バインダーレスの電極構成
7.6 性能目標レベルと可能性
7.7 硫黄原料ソースの可能性
§8.硫黄系固体電解質の化学特性と安全性
8.1 硫化物と硫化水素の化学
8.2 化学物質規制と研究開発
8.3 硫化物系固体電解質と全固体電池
8.4 全固体電池の硫化水素対策
§9.新たな電極設計と乾式プロセスへの移行
9.1 良い電極板とは、バインダーの役割
9.2 バインダーの高分子化学、Tg、Tm、と電気化学
9.3 現行のポリマーバインダー、メーカーと開発動向
9.4 PVDFバインダー、PFOA&PFOSの誤解と理解
9.5 電極板製造の転換、湿式プロセスから乾式へ
9.6 乾式プロセスの開発段階(1)、グローバルな動向
9.7 乾式プロセスの開発段階(2)、PTFEフィブリル化法
9.8 まとめ、乾式プロセスへの期待
§10.双極子セルと固体電解質による電極の構成
10.1 単極子と双極子セルの比較、液絡防止構造ほか
10.2 固体電解質とイオン移動パス、合理的方法は
10.3 固体電解質と双極子セル(1)、構造の合理化
10.4 固体電解質と双極子セル(2)、特許情報ほか
10.5 双極子セルの実績と今後の開発
10.6 まとめ、組合せと新たな期待
§11.まとめ
A)電池と周辺の技術分野(1) 役割分担と担当する項目
B)電池と周辺の技術分野(2) 技術情報の相互伝達
C)JIS C 8715-2、品質計画と工程管理
参考資料一覧
著 者 紹 介
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掲載見本
R019掲載見本
