リチウムイオン二次電池の安全対策と劣化診断、解析技術

第1部 インピーダンス及びパルス測定によるリチウム電池の劣化診断及び部材評価

(2019年4月5日 10:00〜12:00)

　モバイル機器用途、定置型蓄電、車載など、その市場を拡大しているリチウム二次電池 (LIB) の状態把握、安全性の確保のための電気化学的評価法の研究課題について解説します。また、電池の部材開発も盛んですが、その課題に関しても紹介します。特に、LIBのユーザーおよびメーカーとして新規参入企業の研究者、技術者、管理者の有用情報となるように、電池の基礎特性、動作状態把握、特性評価法、電池の劣化度診断法に関して、パルス法やインピーダンス法を用いた手法について基礎からじっくりと解説します。その中で、汎用の評価法の問題点を明らかにします。また、車載用の大型からウェアラブルな超小型までの汎用のいくつかの電池に関して、その特性と特徴を紹介します。講義終了後には、受講者のご質問に回答いたします。

1. リチウムイオン二次電池特性の基礎
2. 電池特性の基礎概念
3. 正・負電極用活物質のレドックス応答とその解析・評価
4. 充放電特性から得られる情報
5. 電池構成部材とその開発状況
6. 交流インピーダンス測定法
7. インピーダンス測定の原理と特長
8. 擬似等価回路での評価
9. 直流パルス測定法
10. パルス測定法の原理と特長
11. 擬似等価回路での評価
12. いくつかの市販電池での評価
13. 電極評価
14. 部材評価
15. 劣化挙動との関連性
16. 機械学習法による劣化度評価と寿命推定
17. おわりに
• 質疑応答

第2部 火災・事故事例に学ぶ リチウムイオン電池における発火、爆発などの事故原因解析と品質管理、安全対策 (EDLC、TFCを併用した新BMS) 技術の実際

(2019年4月5日 12:45〜14:45)

1. 概要、自動車用LiB電池の最新の世界動向
   1. 二次電池の展望
   2. 日経 (NE) の全個体電池の展望
   3. Panasonic/Tesla motorsの動向
   4. 中国の最新EV動向
      1. 電動 (自転車、スクータ、低速車) 動向
      2. 大型バス、電車へのEDLCの実用化動向
      3. e-Power、 Range extender の概要
2. ここ最近発生しているリチウムイオン電池の膨張、発火、爆発の事例と傾向の分析
   1. 電池火災事故の過去に学ぶ
      1. Ni-mH電池の火災事故例
      2. 火災の原因と対策
   2. 日本、韓国、中国でのLiB電池製造工場の火災、爆発例
      1. S社、P社の火災例
   3. 各種LiB電池の過去の火災事故例
      1. 中国でのバス、自動車の発火例
      2. 米国、A123社の2007年、2011年の火災例
      3. 韓国LiB電池の火災例 (空輸の事故、LG 化学のGM社での火災事故)
   4. ロシアでのLiB電池事故例
   5. 米国:Tesla Motors社でのLiB電池の無事故例
      (安全設計された電池と回路では、燃えない)
3. 膨張、発火、爆発が発生する原因の分類
   1. 過去に学ぶ:Ni-mH電池の火災と安全対策の現状
   2. 材料品質、製造、梱包、荷役、陸送、海送運搬での留意点
      1. 包装、梱包、荷役、陸送、海送での安全規格
      2. 包装、梱包、荷役、陸送、海送の各種国際規格
   3. LiB電池の不純物対策
4. 安全性、安全対策の現状と今後の技術
   1. 発火要因の解析と対策
      1. 構成材料の純度、粒度管理 (電池原材料)
      2. 製造工程での不純物混入説
         (メッキ、バリの脱落)
      3. 製造工程の工程改善効果
   2. LiB電池構成材料の改善と特性改善対策
      1. セパレータの特性改善と新材料
      2. 各種セパレータの新構成
      3. 低抵抗、高耐圧用新電極構成方法
      4. 高速電解液注液方法
      5. 最新の各種安全弁対策
5. 電池メーカー各社の安全対策手法の比較 (EDLC、TFCを併用した電池の安全性改良と長寿命化)
   • スマートフォン用電池
   • 自動車用電池
   • 定置用電池 他
   • 電池の長持化と安全弁対策 (最近のスマートフォン他)
• 質疑応答

第3部 リチウムイオン電池 負極劣化要因別の分析解析技術

(2019年4月5日 15:00〜16:30)

　リチウムイオン電池の負極の劣化要因として、電極表面SEI被膜形成、活物質劣化および電極層内での導電パス不良などが挙げられる。本講演では耐久試験を実施したLIBの負極について劣化要因別に適用される分析に使用する分析機器の概容、特長から取得されるデータ、結果の解釈について解説する。

1. LIB解体分析
   1. はじめに LIBの構造
      • 正極
      • 負極
      • 電解液
      • セパレータ
   2. 解体分析の流れ
   3. 不活性雰囲気の適用とその意義
2. 電極のSEI被膜分析
   1. 電解液分解におけるSEI被膜、ガス発生の関係
   2. 電解液の分解ガス成分分析と事例 (GC)
   3. 電解液の変性成分の組成分析
      • GC/MS
      • LC/MS/MS
   4. SEI被膜の表面分析
      • XPS
      • TOF-SIMS
   5. SEI被膜の組成分析
      • NMR
      • ICなど
   6. 金属リチウム、正極溶出元素の定量分析
3. サイクル試験における負極劣化総合解析の事例
   1. サイクル試験方法、試験結果
   2. SEI被膜分析
      • XPS
      • NMR
      • IC
   3. 活物質の劣化分析
      • SEM
      • SEM-EDX
• 質疑応答