リチウムイオン電池の安全性と要素技術

【著者紹介】

鳶島　真一（とびしま　しんいち）

群馬大学理工学部環境創生理工学科教授。工学博士。1979年日本電信電話公社 （現株式会社） 入社。電気通信研究所にて電池材料の研究開発に従事。2001年から現職。

【目次】

第１章　リチウムイオン電池の基礎と概要

1. １．リチウムイオン電池の適用用途概要
2. ２．リチウムイオン電池の動作原理
3. ３．各種正極材料の特徴
   1. ３.１　短期スパン開発の電池の正極
   2. ３.２　中長期スパン開発の正極
4. ４．定置型電池
   1. ４.１　定置型電池の種類と今後の展開
   2. ４.２　電気自動車電池の電力貯蔵装置への再利用
   3. ４.３　定置型電池用リチウムイオン電池の信頼性
5. ５．今後の電池の研究開発とビジネスチャンス
   1. ５.１　工業製品としてのリチウムイオン電池の現状
      1. ５.１.１　概要
      2. ５.１.２　モバイル機器
      3. ５.１.３　電気自動車
      4. ５.１.４　電力貯蔵装置
   2. ５.２　国家プロジェクトと国策
   3. ５.３　電池普及への向い風
   4. ５.４　今後の電池関連ビジネス
   5. ５.５　まとめ

第２章　リチウム電池の安全性概要（基礎、安全性劣化機構、安全性確保策）

1. １．リチウムイオン電池の安全性に関して一般的に知られていること
2. ２．市販リチウムイオン電池の安全性確保策
3. ３．非安全時の電池の挙動
4. ４．安全性評価の背景・経緯
5. ５．電池安全性評価の基本的考え方
6. ６．電池が非安全になる基本的原因
7. ７．負極と電解液の反応
8. ８．リチウムイオン電池の標準充電と過充電
9. ９．リチウムイオン電池の過充電、過放電と安全性の関係
10. 10．リチウムイオン電池の過充電と市場トラブル
11. 11．過充電が起こる要因
12. 12．過充電とセパレータ
13. 13．劣化モードの情報
14. 14．電池使用後の安全性

第３章　リチウム電池の市場トラブル例（安全性の現状）

1. １．電池の安全性評価の背景・経緯
2. ２．電池の市場トラブル
   1. ２.１　リチウム金属電池
   2. ２.２　リチウムイオン電池（1991年-1998年）
   3. ２.３　電池からの液漏れによるトラブル
   4. ２.４　リチウムイオン電池（1991年-1999年）（2）
   5. ２.５　リチウムイオン・ポリマー電池の実用化と当時の安全性
      1. ２.５.１　ポリマー電池の開発
      2. ２.５.２　ポリマー電池を使用した携帯電話
      3. ２.５.３　ポリマー電池安全性検討の報告例
         1. ２.５.３.１　PVDF系ポリマー電池
         2. ２.５.３.２　アクリレート系ポリマー電池
         3. ２.５.３.３　PEO系ポリマー電池
         4. ２.５.３.４　PAN系ポリマー電池
      4. ２.５.４　市販ポリマー電池の安全性
      5. ２.５.５　ポリマー電池の安全性試験の例
         1. ２.５.５.１　加熱試験
         2. ２.５.５.２　過充電試験
         3. ２.５.５.３　まとめ
   6. ２.６　リチウムイオン電池（1999年-2005年）
   7. ２.７　リチウムイオン電池（2006年-2015年）
   8. ２.８　電池内部部品の不良と電池のトラブル
   9. ２.９　複数社による電池の供給
   10. ２.10　電池設計と電池製造品質管理
   11. ２.11　市場トラブル例のまとめ

第４章　市販電池の安全性試験方法と試験例

1. １．リチウムイオン電池の安全性確保手法としての安全性試験
2. ２．市販電池の安全性評価方法
3. ３．安全性ガイドライン
4. ４．市販電池の安全性試験
5. ５．安全性試験結果の例
   1. ５.１　加熱試験
   2. ５.２　釘刺し試験
   3. ５.３　圧壊試験
   4. ５.４　外部短絡試験
   5. ５.５　安全性試験と電池使用上の注意事項
   6. ５.６　安全性試験マニュアル
   7. ５.７　携帯機器用リチウムイオン電池安全性試験マニュアル
   8. ５.８　車載用リチウムイオン電池安全性試験マニュアル

第５章　電池開発時の熱安定性評価方法

1. １．熱天秤
   1. １.１　測定の概要
   2. １.２　測定例
      1. １.２.１　正極の熱安定性評価
      2. １.２.２　負極の熱安定性評価
      3. １.２.３　固体電解質の熱安定性評価
      4. １.２.４評価
2. ２．反応熱量計
   1. ２.１　測定の概要
   2. ２.２　測定例
      1. ２.２.１　電解液の熱安定性評価
3. ３．加速温度熱量計
   1. ３.１　測定の概要
   2. ３.２　測定例
      1. ３.２.１　電解液の熱安定性評価
4. ４．電池の加熱試験
   1. ４.１　測定の概要
   2. ４.２　測定例
      1. ４.２.１　リチウム電池の加熱試験

第６章　負極におけるリチウムの析出挙動と安全性

1. １．はじめに
2. ２．デンドライトとは
3. ３．電気めっきとデンドライト
4. ４．リチウム金属二次電池におけるデンドライト発生機構
   1. ４.１　物理的条件の影響
   2. ４.２　化学的条件の影響
5. ５．リチウム金属負極におけるデンドライトまとめ
6. ６．リチウムイオン電池における炭素電極へのリチウムの析出挙動
   1. ６.１　過充電とリチウム析出
   2. ６.２　低温および高温充電とリチウム析出
   3. ６.３　実用リチウムイオン電池と炭素負極上へのリチウム析出
   4. ６.４　炭素上へのリチウム析出とリチウムイオン電池の市場トラブル例
   5. ６.５　まとめ

第７章　セパレータと安全性

1. １．電池性能と安全性劣化の基本機構と実用上の要因
2. ２．リチウム電池用セパレータに要求される基本特性
3. ３．リチウム電池用セパレータに要求される実用特性
   1. ３.１　基本物性
   2. ３.２　充放電後の実用特性
   3. ３.３　高電圧耐性
4. ４．まとめ

第８章　電解液と電池の安全性

1. １．リチウム二次電池の今後の展開と電解液
2. ２．電解液の基本的役割
3. ３．電解液の種類と特徴
   1. ３.１　有機溶媒系電解液
   2. ３.２　ゲル電解質
   3. ３.３　有機固体電解質
   4. ３.４　イオン液体
   5. ３.５　無機固体電解質
   6. ３.６　電解液の安定性
   7. ３.７　電池内におけるガス発生が電池性能および信頼性に与える影響
   8. ３.８　電解液単体からのガス発生
4. ４．電解液の安定性と燃焼
   1. ４.１　正極からのガス発生
   2. ４.２　負極からのガス発生
5. ５．電解液の燃焼抑制手法
   1. ５.１　電解液添加剤の種類と機能
   2. ５.２　電解液添加剤による伝導性向上
   3. ５.３　負極表面処理剤（反応型添加剤）
   4. ５.４　負極表面処理剤（非反応型添加剤）
   5. ５.５　正極表面処理剤
   6. ５.６　過充電防止剤
   7. ５.７　難燃性添加剤
   8. ５.８　高電圧電池用電解液添加剤
   9. ５.９　その他の添加剤
6. ６．まとめ

【参考文献】

• 荒川正泰、電池技術委員会第77回新電池構想部会講演予稿集 （2011年6月9日）

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