リン酸鉄 (LFP) 系リチウムイオン電池の開発動向と電極特性

第1部 リン酸鉄 (LFP) ・リン酸マンガン鉄リチウムイオン (LMFP) 電池の市場と技術展望

(2025年1月24日 10:30〜12:30)

　LFP正極材の歴史は古い、既に基本特許は切れているが、20年を経て大きく発展したのは意外であった。当初からLFPの種々の欠点は指摘されており、1.放電電圧が低い3.4〜3.2V 2.電気伝導性がないので炭素コーティングが必要 3.電極密度が上がり難い…等々であった。 　一方でその欠点が、数年前からのEV電池のサプライ・チェーン問題、遷移金属系NiとCoの不足が、原料に不安のないLFPの再評価となった。電圧の低いことは、充電電圧も相対的に低く、電解液に対するストレスが低いことが、安全性につながった。 　また意外であったのは、正極材でありながら、カーボンコーティングされた粒子は、電極板製造時に、安価な水系バインダー (SBR) が使用可能である。サプライとコストの制約が大きいPVDFバインダーを使用しないことが評価された結果である。 　LFPの出力電圧アップを狙ったのが、マンガンを加えたLMFPである。開発途上であり、その電圧プロファイルなどから、直ちに使用可能とは言えず、Mn独自のMn++の溶出も完全に解決された訳ではない。本講では現在までのデータを解析的に示したい。

1. リチウムイオン電池における正極材
   1. 正極と負極、役割分担
   2. 充放電と正極材の挙動
   3. 単元系正極材
   4. 二元、三元系正極材
   5. コバルト削減へのステップ
2. リン酸鉄リチウム (LFP) 正極材 LiFePO4
   1. 開発の経緯
   2. 初期の電池製品例
   3. LFPセルの基本特定と比較
   4. 最近のEVへの拡大
   5. 電極バインダーの変化
   6. 関連資料
3. リン酸マンガン鉄リチウム (LMFP) 正極材
   1. マンガン系正極材の歴史
   2. LMFPの登場
   3. LMFP正極材の基礎特性
   4. 今後の応用展開
• 質疑応答

第2部 LFP系リチウムイオン電池の不均一反応による容量低下

(2025年1月24日 13:30〜14:30)

　リチウムイオン電池は低温、高率充電で負極にLiが析出し、寿命・安全性に影響を及ぼすことが知られている。本報告では、定置用途として有望視されているリン酸鉄リチウム (LFP) 正極、炭素 (Gr) 負極電池を対象にし、Liの析出条件、機構解明を行った。その結果、従来の低温・高率充電以外の条件でもLi析出のリスクがあること、その要因がLFPとGrに特徴的な反応機構によることを明らかにした。

1. 背景
   1. 定置用リチウムイオン電池 (LIB) の利用シーンとSOC運用範囲
   2. 金属Li析出に関する先行研究
   3. 金属Li析出に対する既報告と本報告の違い
2. 試験条件
   1. リン酸鉄リチウムイオン電池 (LFP系LIB) の製品スペックと試験条件
   2. 非破壊劣化診断法 (dV/dQ法) による金属Li析出予測と充電末電池の解体調査
3. 結果及び考察
   1. dV/dQ 法による金属 Li 析出予測について
   2. dV/dQ 法による金属 Li 析出予測の課題
   3. 非破壊での金属Li析出予測に対する多角的視点アプローチ:手法の提案
   4. 金属Li析出メカニズムをどのように説明するか?
   5. LFP 系 LIB の容量回復について
4. まとめ
• 質疑応答

第3部 LFP正極の性能向上のためのレーザー加工穴あき電極の開発

(2025年1月24日 14:45〜16:15)

　電気自動車などの電力源として注目されているリチウムイオン二次電池は、現在、高容量化、高出力化など、今後の益々増える使用要求に対応できる性能の向上が急務である。その中で、様々な材料開発が行われているが、穴あき電極による電池の高出力化は従来のリチウムイオン電池の電極に穴をあけることで実現可能である。レーザー加工による電極への穴あけ加工技術を用いて、リチウムイオン二次電池の高出力化を実現した結果を紹介する。

1. レーザー加工穴あき電極の必要性
2. レーザー加工穴あき電極の作製法
3. レーザー加工穴あき電極のレート特性
4. レーザー加工穴あき電極のサイクル特性
5. 電池のエネルギー密度向上のための電極の膜厚化
6. 塗工量が違う両面塗工電極の性能とその改善
7. LFP/活性炭電極によるレート特性の向上
8. まとめ
• 質疑応答