リチウムイオン電池製造の勘どころ

第1部 電極材料の粒子設計・制御の勘どころ

(2012年2月22日 10:30～11:50)

　二次電池の中でもリチウムイオン電池 (LiB) は、近年電子機器だけでなく、自動車あるいは固定蓄電装置などへ急速に用途を広げつつあり、その高容量化や高寿命化等への要求がますます強くなってきている。このLiBの電極には粉体材料が使用されており、その材料組成だけでなく、粒子の大きさ、形状、構造、表面状態などの粒子や粉体の特性が最終製品の電池性能に大きな影響を及ぼすことが知られている。 　そこで、ここでは、LiB電極粉体の粉砕・分級、混合、粒子複合化などの粉体処理操作などが、電池特性の改善に繋がった事例などを紹介し、LiB性能向上に向けた粉体処理の勘所について述べる。

1. リチウムイオン電池 (LiB) 製造における粉体技術
   1. LiBの構成と製造方法
   2. 電池製造プロセスにおける粉体処理
      1. 微粉砕・分級技術
      2. 複合ナノ粒子の合成技術
      3. 精密混合、粒子複合化技術
2. 粉体の粒子設計・加工によるLiB性能特性の向上
   1. 正極材料
      1. 正極活物質と導電剤の精密混合
      2. 2種類の導電助剤による性能向上
      3. ナノカーボン繊維の複合化
      4. その他
   2. 負極材料
      1. カーボン粒子の球形化による高密度化
      2. 2種のカーボン材料の使用
      3. カーボン材料と金属の組合せ
      4. 炭素材料と結着剤との複合化
      5. その他
• 質疑応答

第2部 電極スラリーの分散調整と分散状態評価の勘どころ

(2012年2月22日 12:30～13:50)

　スラリー中の分散状態評価技術について解説します。 　それぞれの評価法の評価原理について実際の測定例を交えて説明します。 　リチウムイオン電池電極用のスラリー調製で特に問題となる多成分のスラリーにおいて、いかに粒子分散状態を評価するか、そしてその評価結果がどのように極板微細構造に影響を及ぼすのかを解説します。

1. 粒子集合状態評価技術の基礎
   1. 重力、遠心沈降による評価
   2. 静水圧測定法による評価
   3. スラリー評価の落とし穴
2. リチウムイオン電池正極材スラリー評価への応用
   1. 活物質粒子の集合状態評価
   2. 導電材粒子の集合状態評価
   3. 多成分粒子スラリーの評価
3. スラリー評価結果からの電極微構造の予測
4. まとめ
• 質疑応答

第3部 リチウムイオン電池製造における塗布・乾燥の勘どころ

(2012年2月22日 14:00～15:20)

　スラリー中の分散状態評価技術について解説します。 　それぞれの評価法の評価原理について実際の測定例を交えて説明します。 　リチウムイオン電池電極用のスラリー調製で特に問題となる多成分のスラリーにおいて、いかに粒子分散状態を評価するか、そしてその評価結果がどのように極板微細構造に影響を及ぼすのかを解説します。

1. はじめに
2. 塗布技術
   1. 塗布方式概論
   2. 各種塗布方式
   3. ベンチマーキング
3. 電池デバイスに必要な厚膜塗布技術とは
   1. ダイコーティングにおける流れ
   2. オペレーティングウィンドウの考え方
4. おもに用いられる方式
   1. 間欠塗布方式
   2. ストライプ塗布方式
   3. 枚葉塗布方式
   4. 両面塗布方式=逐次と同時=
5. 乾燥の基礎とシミュレーション序論
   1. 恒率乾燥と減率乾燥
   2. 湿球温度
   3. 乾燥速度の定量化
   4. 熱風ノズルの形式と境膜伝熱係数
   5. 熱風循環方式と炉内温度
   6. 乾燥シミュレーション序論
   7. 欠陥と対策
   8. 代表的な欠陥と発生原因となる工程
• 質疑応答

第4部 リチウムイオン電池における電極加工・セル組立の勘どころ

(2012年2月22日 15:30～16:50)

　第4部は塗工と乾燥を終わった電極板をセルの組立、乾燥、電解液注入と初充電を経て、最終的に充放電の出来るリチウムイオン電池 (セル) にして行く工程である。電極の塗工パターンなどを含め、この工程はセルの内部構造と構成との関係が深いと共に、セルが初めて電池として生命を持つ電気化学的なステップでもある。 　この工程は電池の品質保証を含めた検査工程で終わる。 　本セミナーでは、セルの電気化学的な設計と電極構成との関係で電極板の特性と評価方法を示す。次に極板のプレス、切断 (スリット) 、組立を経て初充電の工程を説明する。全体のまとめとして、電池製造工程全体の概略と、各設備のコスト比率、製造コストの試算を紹介する。 　以上の工程は、リチウムイオン電池 (セル) が従来の小型民生用から中・大型のセルに移行する場合に、大きな変更を伴う部分である。部材の数が多く複雑な構造の大型リチウムイオン電池 (セル) の組立は自動化の目処が立ち難く、不良品率の低減なども大きな問題を抱えていると言えよう。

1. リチウムイオン電池 (セル) の特徴とそれを実現させた電極の構成
   1. エネルギー特性、パワー特性
   2. 電極面積/Ah 電極面積/Wh
   3. セル設計 エネルギー系とパワー系
   4. 関連事項
2. 製造工程全体の流れ
   1. 前工程、中間工程、後工程
   2. 歩止まり (不良率)
3. 電極板の評価と特性チェック
   1. 主要な活物質と特性
   2. 電極板の充填密度、空隙率
   3. プレス工程
   4. 塗工状態のチェック方法
   5. 関連事項
4. 各種電池 (セル) の内部構造
   1. 円筒型
   2. 缶収納角型
   3. ラミネート型
   4. 製品リチウムイオン電池 (セル) の実例
5. 構造設計、集電と電極端子
   1. 構造事例
   2. 製品リチウムイオン電池 (セル) の紹介
      • 日本
      • 米国
      • 欧州
      • アジア
6. 初充電工程
   1. 工程の概要
   2. チェック項目 (自己放電など)
7. リチウムイオン電池 (セル) の充放電特性
   1. 容量特性
   2. 入出力特性
   3. サイクル特性とライフ
8. まとめ
• 質疑応答