リチウムイオン二次電池/全固体電池の試作・安全性試験・解析とシミュレーション技術

第1部 液系リチウムイオン電池の試作評価・安全性試験

　リチウムイオン二次電池はスマートフォンなどのモバイル機器から近年では電気自動車 (EV) への適用が進められています。一方で劣化の抑制、安全性の向上が課題であり、長持ちさせる、安全に使用するための使いこなしが重要である。 　本セミナーでは二次電池の技術動向と劣化機構を紹介します。試作電池を用いたサイクル劣化、保存劣化、ハイレート充放電における反応分布、充放電に伴う電池の変形、圧力変化、充放電に伴う発熱の解析例を平易に解説します。安全性試験について実例を用いて平易にご紹介します。

1. リチウムイオン電池の技術動向
   1. リチウムイオン電池の構成部材
   2. リチウムイオン電池の反応機構
2. リチウムイオン電池の劣化機構と分析手法
   1. サイクル劣化機構解析
   2. 保存劣化機構解析
   3. 電極内の反応分布解析
      • GD-OESによるLiイオン分布解析
      • 放射光イメージイングXAFSによるLiイオン分布の可視化
      • SPMによる電子伝導パス解析
   4. 電池セルの変形・圧力変化
   5. 電池セルの発熱と熱マネジメント試験
3. 安全性試験
   1. 安全性試験センターのご紹介
   2. 安全性試験における発生ガス分析
   3. 電池セルの過充電試験 事例紹介
   4. 電池セルの釘刺し試験 事例紹介
   5. 電池モジュールの火炎暴露試験 事例紹介

第2部 全固体電池の試作と反応解析

　近年、世界的な環境規制の強化から電気自動車 (EV) へのシフトが進められています。電気自動車の航続距離延長のためには、現行の液系リチウムイオン電池より高エネルギー密度を有する次世代型電池が必要です。次世代型電池の一つである硫化物系全固体電池は高エネルギー密度である一方で、電池の構造、作製プロセス、特性向上や劣化抑制に対する課題が液系リチウムイオン電池と大きく異なります。 　本セミナーでは硫化物系全固体電池の構造や特徴、技術課題について紹介すると共に、試作固体電解質・全固体電池を用いた材料評価、電池構造評価、電池特性評価、劣化評価について解析例を平易に解説します。

1. 全固体電池とは
   1. なぜ革新型電池が必要なのか?
   2. 全固体電池とは
   3. 液系リチウム電池の課題と全固体電池の特徴
   4. なぜ全固体電池はエネルギー密度が上がるのか?
2. 全固体電池開発の課題
   1. 全固体電池開発の課題
   2. 全固体電池作製プロセスと開発課題
3. 全固体電池評価解析事例
   1. 固体電解質の最適化へのソリューション
   2. コーティング層の最適化へのソリューション
   3. 電極・セル構造の最適化へのソリューション
   4. 電池特性制御・管理の最適化へのソリューション

第3部 数値シミュレーション/機械学習による二次電池設計・開発支援技術

　近年、二次電池の材料開発や電極、セル、モジュール/パック設計において、数値シミュレーションや機械学習など計算科学を用いた支援技術が急速に発達しています。特に、電池特性向上、長寿命化、安全性向上などの課題解決に対して、これらの計算科学に基づく現象解明、特性予測、最適化検討が欠かせないプロセスになっています。 　本講演では、リチウムイオン電池を例に、さまざまな電池シミュレーションや機械学習モデルの基本概念から平易に解説し、適用事例やその限界、活用にあたってのポイントなどを網羅的に紹介します。

1. 二次電池シミュレーションの基礎
   1. 二次電池シミュレーションの種類と特徴
   2. 等価回路シミュレーション
   3. 電気化学・イオン輸送シミュレーション
   4. その他のシミュレーション (ナノ/メゾスケール)
   5. 機械学習/深層学習モデリング
2. 充放電・劣化特性シミュレーション
   1. 充放電特性シミュレーションの基礎
   2. さまざまな劣化現象とモデリング方法
      • 被膜生成
      • Li析出
      • 亀裂進展など
   3. 電池モジュール・パックへの展開
   4. 実測との検証とモデリングのポイント
3. 安全性シミュレーション
   1. 二次電池の安全性モデリングの基礎
   2. 電池セル/モジュールの熱暴走シミュレーション
   3. 電池パックの変形・圧壊・熱暴走シミュレーション
   4. 安全性試験のばらつきと統計的モデリング