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全固体二次電池の開発
−高性能化と製造技術−
[コードNo.07STA012]

■監修/ 金村聖志(首都大学東京 教授)
■体裁/ B5判上製本 約350ページ
■発刊/ 2007年 6月 28日 S&T出版(株)
■定価/ 59,400円(税込価格)

必ず必要になる究極の安全性! 燃えない電池!
固体電解質ならではの高性能化と製造技術! 市場と競合電池・キャパシタ技術も網羅!

執筆者
金村聖志首都大学東京
加福秀亙(株)野村総合研究所
重田幸生(株)野村総合研究所
松井幸夫セイコープレシジョン(株)
岡本英治北海道東海大学
堀江英明日産自動車(株)
岩佐繁之NEC
中原謙太郎NEC
西野敦西野技術士事務所
栗山一男法政大学
手島健次郎ペクセル・テクノロジーズ(株)
宮坂力桐蔭横浜大学
朴鍾殷早稲田大学
清水貴弘早稲田大学
菅野了次東京工業大学
渡邉正義横浜国立大学
入山恭寿京都大学
安部武志京都大学
高田和典(独)物質・材料研究機構
辰巳砂昌弘大阪府立大学
清野美勝出光興産(株)
森田昌行山口大学
境哲男(独)産業技術総合研究所
丹羽淳一(独)産業技術総合研究所
前田誠二日本合成化学工業(株)
松本一(独)産業技術総合研究所
栄部比夏里(独)産業技術総合研究所
新谷武士日本曹達(株)
天池正登日本曹達(株)
内本喜晴京都大学
林晃敏大阪府立大学
中澤弘実ジオマテック(株)
馬場守岩手大学
獨古薫首都大学東京

目  次
1章 用途・市場別の技術動向と要求特性

1節安全な電池開発技術動向と市場展望 −二次電池の安全性向上−
1二次電池の市場動向
1.1安全性が求められる中大型LIB市場
2リチウムイオン電池の安全性向上のための技術開発
2.1セル部材改良による安全性向上のための技術開発
2.2制御の安全性向上のための技術開発
2節RFIDの技術・市場動向と電池への要求特性
1RFIDの概要
2アクティブRFIDタグの現状と用途
3アクティブRFIDタグの電池
4アクティブRFIDタグの将来
3節医療分野における薄膜、小型電池技術と要求特性
1医療機器開発の特異性と医療用電池の要求事項
2生体電気刺激装置と電池
2.1ペースメーカ
2.2埋込型除細動器
2.3その他の生体電気刺激装置
3人工心臓
3.1人工心臓開発の現況
3.2NEDO人工心臓開発プロジェクト
3.3医薬基盤研究所完全埋込み型補助人工心臓システム
3.4人工心臓駆動用バッテリーシステムに求められる二次電池特性
3.5人工心臓用二次電池の国内外の状況
4最後に〜電池関係企業への要望〜
4節リチウムイオン電池を用いた高性能環境車両用電池の研究開発
1環境車両用電池に求められる特性
2EV走行に必要なエネルギー
3リチウムイオン電池における高出力特性の探求:HEVへの適用
4電池の熱挙動と電池システムの安定性
2章 固体二次電池、小型電池の構成と特性

1節薄型有機ラジカル電池
1安定ラジカル高分子
2安定ラジカル高分子/炭素複合電極
3安定ラジカル高分子/炭素複合電極の電気化学特性
4有機ラジカル電池の特性
4.1PTMA/炭素複合正極を用いたリチウムコインセルの充放電曲線
4.2PTMA/炭素複合正極を用いたリチウムコインセルのサイクル特性および放電レート特性
4.3PTVE/炭素複合正極を用いたリチウムコインセルの充放電曲線
2節電気二重層キャパシタの動向とコイン型の動向
1概要
1.1EDLCの概要
2大型〜コイン型EDLCの最新の世界動向
2.1世界のEDLCの生産活動
2.2EDLC関連のセミナー、国際会議
3コイン型の現状と品種
3.1コイン型の概要
3.2コイン型EDLCの製品の歴史と展望
3.3現状の課題と将来展望
3.3.1活性炭
3.3.2電解質、溶媒
3.3.3バインダー:表5〜表6
3.3.4セパレータ
4分極性電極の製造方法とコイン型EDLCの安全性
4.1分極性電極の構成材料
4.2成形加工方法
4.3乾燥方法
4.4安全対策(漏液、シール剤)
5今後の展望
3節薄膜電池
1ペーパー電池
2薄膜技術を用い薄膜電池の作製
3セラミックス系電解質を用いた電池
4ポリマー電解質を用いた電池
5ポリマー電池
4節超微小リチウム電池の構成と特性
1シリコン基板埋め込み型リチウム2次電池の作成
2シリコン基板埋め込み型リチウム2次電池の充放電特性
3AFMを使用した超微小リチウム電池領域の実現
5節光キャパシタ・二次電池の構成と特性
1光二次電池の構造と動作機構
2光キャパシタの構造と動作機構
3光キャパシタの光充放電特性
4光キャパシタ構造の改良による光充放電特性の改善
5蓄電層の改良による光充放電特性の改善
6大型光キャパシタの作製と拡散太陽光下における出力特性
7今後の展開
6節三次元電池
1三次元電池の構造概念
2三次元電池に向けた電極系の構築
3三次元規則配列複合構造体による全固体リチウム電池の作製
4マイクロ電極アレイを利用した三次元電池の構築
7節マイクロ燃料電池
1燃料電池の基本構造と動作原理
1.1基本構造と動作原理
1.2燃料電池の種類
1.3小型化に適した燃料電池
2マイクロDMFCの構成と作製技術
2.1スケールダウン型
2.2平面型
2.3マイクロリアクタ型
2.4水素マイクロ燃料電池
3平面型マイクロDMFCの作製例
4今後の展望・バイオ燃料電池
3章 イオン伝導のメカニズム・支配因子と高イオン伝導化対策

1節無機固体電解質におけるイオン伝導のメカニズムと支配因子
1固体電解質の概略
2イオン導電機構
3リチウム固体電解質−概略
4リチウム固体電解質−ケーススタディー
4.1イオン導電性
4.2ペロブスカイト型リチウムイオン導電体
4.3リシコン(LISICON)
4.4チオリシコン
4.5LIPONガラス
4.6イオン導電の支配因子の考察に必要な他の物質系
5全固体電池への展開のために考慮すべき因子
6イオン導電の支配因子−おわりに
2節高分子イオニクス材料の伝導メカニズムと分子設計
1高分子中のイオン伝導過程
2低分子溶媒と高分子中のイオン伝導の比較
3イオン伝導ガラスとの比較
4高導電率発現のためのポリエーテル設計
5イオン液体を用いたデカップル系高分子固体電解質
6選択的リチウムイオン輸送の実現
7界面電荷移動反応とポリエーテル構造
3節電極でのイオン伝導と電解質/薄膜電極界面でおきる電荷移動反応および界面制御法
1電極でのイオン伝導
1.1電極内でのイオン移動機構
1.2電極のリチウム挿入脱離反応に伴う相変化機構
2電解質/薄膜電極界面で起こる電荷移動反応と界面制御
2.1液体電解質/薄膜電極界面で起こる電荷移動反応
2.2ポリマー電解質/薄膜電極界面で起こる電荷移動反応
2.3無機固体電解質/薄膜電極界面で起こる電荷移動反応と界面制御
2.3.1ガラス電解質/薄膜電極界面で起こる電荷移動反応と界面制御
2.3.2結晶性電解質/薄膜電極界面で起こる電荷移動反応と界面制御
3固体電解質/薄膜電極界面のその場形成
4節電解質/電極界面修飾による全固体リチウム二次電池の高出力化
1無機固体電解質を用いた全固体電池の特長
2出力性能の律速段階
3界面イオニクス現象
4全固体リチウム二次電池の高出力化
4章 無機、高分子固体電解質の開発

1節固体電解質における高イオン伝導化技術動向
1高分子固体電解質の高イオン伝導化
2無機固体電解質の高イオン伝導化
2.1高イオン伝導ガラスの設計指針
2.2メカノケミカル法によるガラス電解質の作製
2.3ガラスと高分子とのハイブリッド化
2.4ガラス電解質の結晶化による高イオン伝導化
2節硫化リン系固体電解質の開発と全固体リチウム二次電池の特性
1無機固体電解質の特徴
2硫化リン系固体電解質
3硫化リン系固体電解質を用いた全固体リチウム電池
3節ポリマー電池の技術動向
1緒言〜ポリマー電池とは〜
2ポリマー電解質の歴史
3ポリマー電解質の研究動向
3.1セラミックフィラーの添加効果
3.2難燃性を付与したポリマーゲル電解質
3.3新規ポリマーおよび電解質の提案
4課題と今後の展望
4節イオンゲル電解質膜を用いたSi薄膜型リチウムイオン電池の特性
1ポリマー/シリカイオンゲル電解質膜の開発と電池特性
2シリカイオンゲル電解質膜の開発と電池特性
3シリカイオンゲル-有機溶媒電解質膜の開発と電池特性
5節リチウム2次電池系におけるイオン液体電解質の可能性
1イオン液体について
1.1定義
1.2イオン液体の電気化学分野における歴史的経緯
2イオン液体の物性と構造の相関について
2.1粘度
2.2 融点
2.3熱安定性
2.4電気化学安定性(電位窓)
3リチウム二次電池電解質としてのイオン液体
3.1TFSI系イオン液体
3.2FSI系イオン液体
3.3電極部材共存下における熱安定性評価
6節スターポリマー固体電解質とそれを用いた二次電池の特性
1MESポリマー固体電解質の開発
1.1L-MESポリマーの合成法
1.2L-MESポリマーの特性
2スターポリマー固体電解質への展開
3スターポリマー固体電解質(S-MESポリマー)の合成
4スターポリマー固体電解質の特長
4.1発現するミクロ相分離構造と膜強度
4.2S-MESポリマー固体電解質のイオン導電率
4.3S-MESポリマー固体電解質を用いた充放電試験結果
7節シングルイオン導電型高分子電解質とそれを用いた二次電池の特性
1アニオン固定型高分子電解質
2アニオン移動抑制型高分子電解質
3活物質/電解質界面のリチウムイオンの相間移動過程に及ぼす因子
4高いリチウムイオン輸率を有する電解質/活物質界面のリチウムイオンの相間移動過程
5章 電極の開発および成膜方法

1節粉体技術による全固体電池の作製
1バルク型全固体リチウム二次電池の構築
2全固体電池のハイレート化にむけたアプローチ 〜電極複合体の設計〜
2.1導電助剤の形状と電池特性
2.2電極活物質のサイズと電池特性
3全固体電池に適した高容量電極材料の開発
3.1硫黄をベースとする正極材料
3.2硫化スズをベースとする負極材料
2節スパッタリング法による薄膜リチウム電池の作製技術と電池特性
1薄膜二次電池の構成、動作原理、特徴
2薄膜二次電池の作製方法と評価方法
2.1サンプル作製装置
2.2サンプル作製方法
2.3評価方法
3薄膜電池に適した材料、膜構成の検討
3.1電極材料の検討
3.1.1正極材料
3.1.2負極材料
3.2膜構成の検討
4標準的な薄膜二次電池の安定性
4.1多サイクル安定性
4.2耐熱安定性
5実用的な薄膜電池の検討と試作
5.1大面積薄膜二次電池
5.2可撓性基板薄膜二次電池
5.3積層型薄膜二次電池
5.4複合型薄膜電池
6まとめと今後の課題
3節PLD法による薄膜電極作成
1薄膜作成とPLD法
2PLD法の原理
3PLD法による電気化学材料の薄膜作成
3.1合成した膜の形態による分類
3.2作成した膜の機能・目的による分類
4節ゾル−ゲル法による全固体リチウム電池用電極の作製
1ゾル−ゲル法による電池活物質粉体の合成
2ゾル−ゲル法による薄膜電極の作製
6章 全固体電池の劣化機構

1有機電解液を用いたリチウムイオン電池の劣化機構
2全固体電池の劣化機構

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