電池
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電池 [2020/11/25 02:15] – [全固体電池(ソリッドステート電池)] yajuadmin | 電池 [2022/09/17 11:10] – [ナトリウムイオン電池(ソディウム・イオン電池)] yajuadmin | ||
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リチウムイオン電池とはプラス極にリチウム金属酸化物、マイナス極に炭素を使い、電解質を充てんした仕組みの電池です。\\ | リチウムイオン電池とはプラス極にリチウム金属酸化物、マイナス極に炭素を使い、電解質を充てんした仕組みの電池です。\\ | ||
名前が似ているリチウム電池とは違いリチウムイオン電池は繰り返し充電して使える二次電池となっているのが特徴、小さくて大容量の電力を蓄えられることから携帯電話やノートパソコンのバッテリーとして使われています。 | 名前が似ているリチウム電池とは違いリチウムイオン電池は繰り返し充電して使える二次電池となっているのが特徴、小さくて大容量の電力を蓄えられることから携帯電話やノートパソコンのバッテリーとして使われています。 | ||
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* 短絡の異常発熱により発火・発煙により爆発や火災のトラブル | * 短絡の異常発熱により発火・発煙により爆発や火災のトラブル | ||
* 長時間充電を満タンにしたまま放置しておくと劣化する | * 長時間充電を満タンにしたまま放置しておくと劣化する | ||
- | * リチウムとコバルトはレアメタル \\ リチウムは南米のチリやボリビアに偏在しており、地球の地殻成分の0.002%しかありません。 | + | * リチウムとコバルトはレアメタル \\ リチウムは南米のチリやボリビアに偏在しており、地球の地殻成分の0.002%しかありません。 \\ コバルトの主要産出国はコンゴ民主共和国で採掘には児童は動員されているとの指摘、出来るだけコバルトを使わないコバルトフリーというトレンドになっている。 |
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==== 種類 ==== | ==== 種類 ==== | ||
一口にリチウムイオン電池と言っても様々な種類があり、正極、負極、電解質の材料の組み合わせによって性能が変化する。一般的に普及しているものを大雑把に分類すると次のようになる。なお、添加剤の工夫や電極のコーティングなどによっても性能や安全性は向上するため実際はより複雑である。\\ | 一口にリチウムイオン電池と言っても様々な種類があり、正極、負極、電解質の材料の組み合わせによって性能が変化する。一般的に普及しているものを大雑把に分類すると次のようになる。なお、添加剤の工夫や電極のコーティングなどによっても性能や安全性は向上するため実際はより複雑である。\\ | ||
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+ | リチウムイオン電池の代表的なのは下記の3種類 | ||
+ | * NMC(ニッケル、マンガン、コバルト) | ||
+ | * NCA(ニッケル、コバルト、アルミ) | ||
+ | * LFP(リチウム、鉄、リン) | ||
^正極|コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、マンガン酸リチウム| | ^正極|コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、マンガン酸リチウム| | ||
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^電解質|炭酸エチレン、炭酸ジエチル、ヘキサフルオロリン酸リチウム| | ^電解質|炭酸エチレン、炭酸ジエチル、ヘキサフルオロリン酸リチウム| | ||
^その他|バインダー、導電助剤| | ^その他|バインダー、導電助剤| | ||
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+ | === LFP電池(リン酸鉄系) === | ||
+ | メリット・・・燃えにくくて安全、安い。レアメタルのコバルトを使用していないため\\ | ||
+ | デメリット・・・エネルギー密度が低い | ||
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+ | デメリットのエネルギー密度が低いも、技術革新を通じてリン酸鉄系のエネルギー密度が改善し、コスト面の魅力が相対的に高まったことが、市場シェアの急上昇を後押ししている。\\ | ||
+ | アップル社が2024年までに電気自動車産業に参入かとあり、一部報道では”アップルカー”に独自に開発したLFP電池の搭載を検討していると報じられている。 | ||
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+ | ==== 中国のEV車はバッテリー交換式 ==== | ||
+ | 中国のEV車はバッテリー交換式を採用している。\\ | ||
+ | バッテリー交換ステーションで車を持ち上げて底部からバッテリーをはずして交換、6分弱でバッテリー交換を完了します。\\ | ||
+ | バッテリーは常に新しくなるのでバッテリーによる故障がしにくい、フル充電のバッテリーと交換するだけなので、フル充電されるのを待つより速い。\\ | ||
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===== ポスト・リチウムイオン電池 ===== | ===== ポスト・リチウムイオン電池 ===== | ||
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* リチウム・硫黄電池 | * リチウム・硫黄電池 | ||
* コバルトフリー電池 | * コバルトフリー電池 | ||
- | * カリウムイオン二次電池 | ||
- | * マグネシウム二次電池 | ||
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2020年時点ではウエアラブル機器やIoT機器、半導体関連製品向けなど小型の全固体電池は量産化の動きとなっている。 | 2020年時点ではウエアラブル機器やIoT機器、半導体関連製品向けなど小型の全固体電池は量産化の動きとなっている。 | ||
+ | * [[https:// | ||
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ERESTAGE LAB]] | ERESTAGE LAB]] | ||
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+ | ERESTAGE LAB]] | ||
=== 種類 === | === 種類 === | ||
固体電解質は2種類ある。 | 固体電解質は2種類ある。 | ||
- | * 酸化物系固体電解質 | + | * 酸化物系固体電解質(ソリッドパワーなど) |
* 硫化物系固体電解質(マクセル、出光興産、日立造船) | * 硫化物系固体電解質(マクセル、出光興産、日立造船) | ||
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=== 実用化 === | === 実用化 === | ||
不明 | 不明 | ||
- | * ソリッドパワーが2Ahの容量をもつ電池を2020年10月から量産開始 | + | * ソリッドパワーが2Ahの容量をもつ電池を2020年10月から量産開始、20Ahの容量は2021年に製品化 |
ウェアブル端末やIoT端末向け | ウェアブル端末やIoT端末向け | ||
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スマートフォン、タブレット端末向け | スマートフォン、タブレット端末向け | ||
* 米カルマ社はクルマ向けに開発した電池をクルマより1~2年早くスマートフォン向けに出荷する | * 米カルマ社はクルマ向けに開発した電池をクルマより1~2年早くスマートフォン向けに出荷する | ||
+ | |||
クルマ向け | クルマ向け | ||
+ | * トヨタ自動車の開発目標値は体積エネルギー密度:400Wh/ | ||
+ | * ソリッドパワーが車載用電池をを2026年に出荷予定 | ||
+ | |||
+ | ^電池種類^体積エネルギー密度^ | ||
+ | |リチウムイオン|520Wh/ | ||
+ | |ニッカド|110Wh/ | ||
+ | |ニッケル水素|195Wh/ | ||
+ | |鉛蓄電池|82Wh/ | ||
+ | |||
+ | 2020年時点で目標値自体はリチウムイオン電池よりも低い、2025年時点でも全個体電池市場は小さい、2035年に市場が大きくなる。 | ||
+ | 電気自動車のモーターの最高出力は100kW以上ある。大電流を取り出せないと電気自動車には使えない。 | ||
=== 関連企業/ | === 関連企業/ | ||
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==== 全樹脂電池 ==== | ==== 全樹脂電池 ==== | ||
- | APB(All Polymer Batteryの略名で造語)と呼び、部品点数が少なくて済むバイポーラ積層型のリチウムイオン電池で正負極や電解質といったリチウムイオン電池を構成する主要部材をすべて樹脂化したものとなります。 | + | APB(All Polymer Batteryの略名で造語)と呼び、部品点数が少なくて済むバイポーラ積層型のリチウムイオン電池で正負極や電解質といったリチウムイオン電池を構成する主要部材をすべて樹脂化(ゲルポリマー)したものとなります。\\ |
+ | ブルームバーグの報道によると全樹脂電池のコストは従来より9割も減少すると説明しています。 | ||
全樹脂電池はリチウムイオン電池と比べて下記のメリットがあります。 | 全樹脂電池はリチウムイオン電池と比べて下記のメリットがあります。 | ||
* 安全性が非常に高い(短絡が起きても抵抗の大きな樹脂により一気に大電流が流れない) | * 安全性が非常に高い(短絡が起きても抵抗の大きな樹脂により一気に大電流が流れない) | ||
* 製造コストが低い(製造プロセスがシンプルで工程数は約半分、設備投資の負担も軽く量産時の大幅なコストが可能) | * 製造コストが低い(製造プロセスがシンプルで工程数は約半分、設備投資の負担も軽く量産時の大幅なコストが可能) | ||
- | * エネルギー密度が高く、2倍以上の電池容量を実現できる | + | * エネルギー密度が高く、2倍以上の電池容量を実現できる(※2倍とはエネループ(ニッケル水素電池)と比較してのことだと推測) |
慶應義塾大学特任教授の堀江英明氏(元 日産リーフの電池開発者)と三洋化成工業㈱が共同開発している。 | 慶應義塾大学特任教授の堀江英明氏(元 日産リーフの電池開発者)と三洋化成工業㈱が共同開発している。 | ||
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=== 主な用途 === | === 主な用途 === | ||
- | 定置用大型蓄電池(太陽光などで発電した電気を貯めておくなど) | + | * 定置用大型蓄電池(太陽光などで発電した電気を貯めておくなど) |
+ | * 全樹脂電池を搭載した無人航空機 | ||
=== 実用化 === | === 実用化 === | ||
- | 2021年春までに生産設備の導入を終え、来秋をメドに電池モジュール製品の商業出荷を開始予定 | + | 2021年春までに生産設備の導入を終え、10月から量産を開始する。 |
=== 関連企業/ | === 関連企業/ | ||
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* [[https:// | * [[https:// | ||
* [[https:// | * [[https:// | ||
- | ==== 半固体電池 ==== | + | * [[https:// |
- | 電極にセラミックスを用いつつ電解液を採用したのが半固体電池となります。\\ | + | ==== 半固体電池(ゲル状の電解液) |
+ | ゲル状の電解液を用いることで電池が燃えにくくなることや電解液が漏れにくくなるなど安全性の向上があげられる。\\ | ||
+ | 電解液をゲル状にするだけなので、今の設備を変えずに電池が作れる。 | ||
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+ | *.[[https:// | ||
+ | * [[https:// | ||
+ | ERESTAGE LAB]] | ||
+ | * [[https:// | ||
+ | 世界初、高い安全性を示す次世代電池「半固体電池」の実用]] | ||
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+ | === 主な用途 === | ||
+ | ウェアブル端末やIoT端末向け | ||
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+ | === 実用化 === | ||
+ | 2022年度中の商品販売を見込んでいる。 | ||
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+ | === 関連企業/ | ||
+ | * 山形大学森下准教授 | ||
+ | * [[http:// | ||
+ | * (株)BIH | ||
+ | |||
+ | |||
+ | ==== 半固体電池(電極にセラミックス | ||
+ | 電極にセラミックスまたはクレイ(粘土)を用いつつ電解液を採用したのが半固体電池となります。\\ | ||
高温実装対応と高出力・放電持続性を兼ね備えていることが特徴です。 | 高温実装対応と高出力・放電持続性を兼ね備えていることが特徴です。 | ||
行 193: | 行 264: | ||
* [[https:// | * [[https:// | ||
* [[https:// | * [[https:// | ||
+ | * フォルクスワーゲン | ||
==== リチウム空気電池 ==== | ==== リチウム空気電池 ==== | ||
空気中の酸素(正極活性物)とリチウム金属(負極活性物)が化学反応することで電力を生成する。\\ | 空気中の酸素(正極活性物)とリチウム金属(負極活性物)が化学反応することで電力を生成する。\\ | ||
- | これまでのリチウムイオン電池は電池内に正極活性物と負極活性物を備える必要があるが、正極活性物は大気中の酸素を使用することから電池内をほぼ負極活性物が占めることができるため、コスト削減のほか、発生するエネルギー密度の大幅増につながり、その重量あたりのエネルギー密度はリチウムイオン電池と比べて5倍以上になる。 | + | これまでのリチウムイオン電池は電池内に正極活性物と負極活性物を備える必要があるが、正極活性物は大気中の酸素を使用することから電池内をほぼ負極活性物が占めることができるため、コスト削減のほか、発生するエネルギー密度の大幅増につながり、その重量あたりのエネルギー密度はリチウムイオン電池と比べて5倍以上になる。\\ |
+ | サイクル寿命が50回と短いのが欠点だが、それを改善する方法が発見された。しかし、サイクル寿命を伸ばすと電池容量を減らす必要がある。サイクル寿命と電池容量はトレードオフの関係である。 | ||
* [[https:// | * [[https:// | ||
+ | * [[https:// | ||
=== 用途 === | === 用途 === | ||
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* [[https:// | * [[https:// | ||
+ | * [[https:// | ||
==== バイポーラ型鉛蓄電池 ==== | ==== バイポーラ型鉛蓄電池 ==== | ||
バイポーラ構造を持った鉛蓄電池で材料コストの低減に加えて、体積あたりの容量の向上によりエネルギー密度を従来の鉛蓄電池比で約2倍に高めることでリチウムイオン電池に匹敵する充放電特性を持ち、消費電力あたりの単価は50%以下となった。 | バイポーラ構造を持った鉛蓄電池で材料コストの低減に加えて、体積あたりの容量の向上によりエネルギー密度を従来の鉛蓄電池比で約2倍に高めることでリチウムイオン電池に匹敵する充放電特性を持ち、消費電力あたりの単価は50%以下となった。 | ||
行 312: | 行 386: | ||
* [[https:// | * [[https:// | ||
+ | ==== カルシウムイオン電池 ==== | ||
+ | カルシウムは地殻中に5番目に多く存在する豊富な元素、Ca2+は2価のイオンなのでリチウムイオン電池と同体積であれば容量が2倍になる。 | ||
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+ | * [[https:// | ||
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+ | === 関連企業/ | ||
+ | * [[https:// | ||
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+ | ==== マグネシウム二次電池 ==== | ||
+ | マグネシウムは地球上に豊富に存在し枯渇の心配がない、Mgは2価のイオンなのでリチウムイオン電池と同体積であれば容量が2倍になる。 | ||
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+ | * [[https:// | ||
+ | * [[https:// | ||
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+ | === 関連企業/ | ||
+ | * [[https:// | ||
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+ | * [[https:// | ||
+ | * [[https:// | ||
+ | * [[https:// | ||
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+ | 名古屋工業大学、東京都立大学 | ||
+ | 立命館大学東京農工大学,仏ポールサバティエ大学,京都大学,高輝度光科学研究センター | ||
===== 用語 ===== | ===== 用語 ===== | ||
^定置用蓄電池|自動車や産業機器などのバッテリーのこと \\ 定置用蓄電池は、昨今の大規模災害の頻発による非常用電源確保ニーズの高まりを受けて、需要が増大している。| | ^定置用蓄電池|自動車や産業機器などのバッテリーのこと \\ 定置用蓄電池は、昨今の大規模災害の頻発による非常用電源確保ニーズの高まりを受けて、需要が増大している。| | ||
^鉛蓄電池|LiBの高性能化が進む前の定置用蓄電池として用いられていた。 \\ 今でも鉛蓄電池が占める割合が圧倒的に大きいのだが、LiBの高性能化とコストダウンの進展に伴い、いずれは置き換えが進んで主役の座を譲る存在というイメージが強い。| | ^鉛蓄電池|LiBの高性能化が進む前の定置用蓄電池として用いられていた。 \\ 今でも鉛蓄電池が占める割合が圧倒的に大きいのだが、LiBの高性能化とコストダウンの進展に伴い、いずれは置き換えが進んで主役の座を譲る存在というイメージが強い。| | ||
- | ^重量エネルギー密度|リチウムイオン電池は200[Wh/ | + | ^重量エネルギー密度|リチウムイオン電池は200[Wh/ |
^サイクル寿命| | | ^サイクル寿命| | | ||
^放電電圧| | | ^放電電圧| | | ||
^充電効率| | | ^充電効率| | | ||
電池.txt · 最終更新: 2022/09/17 11:37 by yajuadmin