リチウムイオン二次電池の性能向上・長寿命化・大容量化に向けたシリコン・金属負極・バインダーの開発動向および展望と課題

セミナー趣旨

★温室効果ガスの削減は地球規模の課題であり、2015年にパリ協定が締結されています。その中で、日本は中期目標として2030年の温室効果ガスを2013年度の水準から26%削減することを目標に定めています。この目標を達成するためには、様々な用途で広く利用されているリチウムイオン二次電池、近年では全固体電池等のバッテリーの高性能化が急務であり、2030年にかけてバッテリーの需要拡大が見込まれております。この状況下において、世界規模で推進されている電気動力車（EV車）等の普及に向けた高性能バッテリーの開発が必要となります。

★リチウムイオン電池が商品化されて３０年が経過しました。現在、さらなる高性能化・低コスト化を図るため、多様な電池系の開発が世界中で行われています。

★シリコン負極は、現行のリチウム二次電池に主として用いられる黒鉛負極の10倍近くの理論容量（約3,580 mAh/g）を有する極めて魅力的な電極材料の一つです。しかしながら、充放電時における体積変化が大きく、導電ネットワークが破壊されるため、劣化が大きいという課題があります。

習得できる知識

第1部 シリコン系負極の開発動向と、その周辺技術、次世代電池の製造方法など
第2部 シリコン負極の現状と課題、種々の解決手段、リチウムプレドープ法
第3部
・シリコン負極の基礎知識を習得できる。
・シリコンナノ粒子表面への微細加工技術を習得できる。
・蓄電容量を向上させるシリコン負極への機能性付加技術を習得できる。
・充放電サイクル寿命を向上させるシリコン負極への機能性付加技術を習得できる。
第4部
・リチウム金属負極の概要、評価方法、問題点
・リチウム金属負極の実用化：その基本原理と最新技術

セミナープログラム

注目ポイント

★充放電サイクル寿命を向上させるシリコン負極への機能性付加技術を紹介！

★将来期待される次世代電池への応用展開の基盤技術となるシリコン負極へのリチウムプレドープ法の例や注意すべきポイントについて最新の研究動向を紹介！

★カーボンナノチューブシート（CNTシート）を用いたリチウム金属負極技術について解説！

【第1講】 次世代二次電池の高容量化に向けたシリコン系負極の開発

【時間】 09:30-10:45

 
【講演主旨】

　リチウムイオン電池が商品化されて３０年が経過した。現在、さらなる高性能化・低コスト化を図るため、多様な電池系の開発が世界中で行われている。リチウムイオン電池の負極材としてシリコン系材料は、高容量であるが、充放電時における体積変化が大きく、導電ネットワークが破壊されるため、劣化が大きいという課題がある。
　本講演では、高容量電池を実現するためのシリコン系材料を用いた負極の開発事例を紹介する。また、ドライプロセス、クレイ電極、全固体電池などの最先端電池の製造プロセスや電池特性の一端について紹介する。

【プログラム】

１．二次電池の市場動向

２．現行のリチウムイオン二次電池の動作原理と技術的課題

３．高容量負極の開発
　３-１．合金系負極について
　３-２．シリコン系負極の開発　
　３-３．カーボン-シリコン系負極の開発
　３-４．高容量正極の開発と全電池

４．高容量リチウムイオン二次電池の開発
　４-１．ドライプロセス、クレイ電極、全固体電池などの最先端電池の製造プロセス

５．今後の展望

【質疑応答】

【キーワード】
シリコン系負極、長寿命化、有機系・無機系バインダ、ドライプロセス、全固体電池

【講演のポイント】
高容量電池の実現のためには、活物質の開発だけでなく、その周辺技術（導電助剤、バインダ、製造方法など）の最適化が重要であることを紹介する。また、ドライプロセス、クレイ電極、全固体電池などの最先端電池の製造プロセスや電池特性の一端についても紹介する。

 
【第2講】 次世代電池用シリコン負極の創成へ向けたリチウムプレドープ技術の開発

【時間】 11:00-12:15

 
【講演主旨】

　シリコン負極は、現行のリチウム二次電池に主として用いられる黒鉛負極の10倍近くの理論容量（約3,580 mAh/g）を有する極めて魅力的な電極材料の一つです。本講演では、そのようなシリコン負極を使いこなすためのコツについて、鱗片状およびナノ粒子状シリコン粉末を例に挙げ、充放電サイクルの寿命向上や初期および後続サイクルにおける不可逆容量の低減など、 シリコン負極に関連する基本的課題とその解決法についてわかりやすく解説します。また、将来期待される次世代電池への応用展開に向けて、その基盤技術となるシリコン負極へのリチウムプレドープ法の例や注意すべきポイントについて最新の研究動向を紹介します。

【プログラム】

１． 緒言　～シリコン負極の現状と課題～

２． 鱗片状シリコン　～応力緩和とサイクル寿命の向上～

３． 有機系添加剤の効果　～SEI皮膜の形成と充放電特性に及ぼす影響～

４． カーボンコーティングの効果　～電解液分解と不可逆容量の低減①～

５． リチウムプレドープの利用　～電解液分解と不可逆容量の低減②～

６． 次世代電池への展開　～超高容量・高安定動作へ向けた取組み～

７． 新規リチウムプレドープ法　～リチウムプレドープ溶液の開発～

８. 総括

【質疑応答】

【キーワード】
シリコン負極、次世代電池、リチウムプレドープ、溶液法、不可逆容量の低減、サイクル寿命の向上

 
【第3講】 シリコン負極への導電性バインダー被覆でLIBサイクル寿命を劇的に改善

【時間】 13:15-14:30

【講演主旨】

　温室効果ガスの削減は地球規模の課題であり、2015年にパリ協定が締結されています。その中で、日本は中期目標として2030年の温室効果ガスを2013年度の水準から26%削減することを目標に定めています。この目標を達成するためには、様々な用途で広く利用されているリチウムイオン二次電池、近年では全固体電池等のバッテリーの高性能化が急務であり、2030年にかけてバッテリーの需要拡大が見込まれております。この状況下において、世界規模で推進されている電気動力車（EV車）等の普及に向けた高性能バッテリーの開発が必要となります。
　本セミナーでは、カーボンニュートラル社会の実現ならびにSDGsの達成に必須となるバッテリーの性能向上において、ブレークスルーの一つに挙げられているシリコン負極材料の創製技術について解説します。ここでは、粒子径の制御技術や最新技術である粒子表面への低コストかつ簡易な微細加工技術について解説します。さらに、リチウムイオン二次電池や全固体電池の蓄電容量と充放電サイクル寿命等の性能面の向上を目指す実用化に向けた要素技術について解説します。

【プログラム】

1.リチウムイオン電池の動向と課題
　1-1.リチウムイオン電池の動向
　1-2.リチウムイオン電池への要求
　1-3.リチウムイオン電池材料の開発状況

2.シリコン負極の課題と解決技術
　2-1.リチウムシリコン合金によるシリコンの体積膨張とその緩和技術
　2-2.シリコン表面の保護被覆層（固体電解質界面（SEI）層）の崩壊とその緩和技術
　2-3.シリコン/導電助剤配合比による蓄電容量と充放電サイクル寿命の影響とその緩和技術

3.シリコン負極を用いたリチウムイオン電池の性能
　3-1. 体積膨張緩和を目指したシリコン負極の微粉化による充放電サイクル寿命の効果
　3-2. SEI層の崩壊緩和を目指したシリコン負極への金属被覆による蓄電容量と充放電サイクル寿命の効果
　3-3. 電気伝導向上を目指したシリコン負極への不純物添加による蓄電容量と充放電サイクル寿命の効果
　3-4. 電気伝導向上を目指したシリコン負極への導電性バインダー被覆による充放電サイクル寿命の効果
　3-5. 電気伝導向上を目指したシリコン負極への2次元材料被覆による充放電サイクル寿命の効果
　3-6. 導電助剤の未添加を目指したシリコン/グラフェン複合負極による蓄電容量と充放電サイクル寿命の効果

4.シリコン負極を用いた全固体電池の性能評価
　4-1.液体電解質と固体電解質の違い
　4-2.電気伝導向上を目指したシリコン負極への不純物添加と2次元材料被覆による蓄電容量と充放電サイクル寿命の効果

5.今後の展望

【質疑応答】

【キーワード】

リチウムイオン電池、全固体電池、シリコン負極、高エネルギー密度、サイクル寿命改善

【講演のポイント】

リチウムイオン電池および全固体電池の高エネルギー密度化を可能にするシリコン負極に対して、大きな課題である充放電サイクル寿命を向上させる技術の提案

 
【第4講】 CNTシートの組み合わせによる高性能リチウム金属負極の開発

【時間】 14:45-16:00

【講演主旨】

　リチウム金属負極は、理論容量密度が3860 mAh/gと非常に高いことから、電池のエネルギー密度を飛躍的に向上できる究極的な負極材料として期待されています。しかし、充放電時にデンドライトが発生し、電流密度や寿命が低下する課題があります。本講演では、まずこの課題を解決するための世界最前線の研究事例を紹介します。次に、カーボンナノチューブシート（CNTシート）を用いたリチウム金属負極技術について解説します。

【プログラム】

１． 研究背景

２． Li金属負極の課題

３． Li金属負極の開発動向

４． CNTによるLi金属負極の開発動向と課題

５． 産総研におけるCNTによるLi金属負極の実用化研究
　5.1 CNTについて
　5.2 CNTによるLi金属負極の評価
　5.3　デンドライト抑制メカニズム

６. まとめ

【質疑応答】

【キーワード】

リチウムイオン電池、リチウム金属負極、デンドライト抑制、カーボンナノチューブシート、高容量負極

【講演のポイント】

リチウム金属負極における最前線の研究動向とCNTシート技術を解説します。
CNTシートはリチウムデンドライト形成を防ぎ、高性能電池への応用が期待されます。

セミナー講師

第1部　 ATTACCATO合同会社　 業務執行者／ガーディアン　 山下　直人　氏
第2部　 成蹊大学　 理工学部　理工学科　応用化学専攻　教授　 齋藤　守弘　氏
第3部　 東京電機大学　 工学部電気電子工学科　教授　 佐藤　慶介　氏
第4部　 国立研究開発法人 産業技術総合研究所　 ナノチューブ実用化研究センター　主任研究員　 周　英　氏

セミナー受講料

【1名の場合】60,500円(税込、テキスト費用を含む)
2名以上は一人につき、16,500円が加算されます。