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成果報告書詳細
管理番号20170000000860
タイトル平成28年度成果報告書 戦略的省エネルギー技術革新プログラム 省エネルギー技術開発事業の重要技術に係る周辺技術・関連課題の検討 低温入出力特性に優れたLTOリチウムイオン2次電池の調査研究
公開日2018/3/16
報告書年度2016 - 2016
委託先名古河電池株式会社 宇部興産株式会社
プロジェクト番号P12004
部署名省エネルギー部
和文要約今後有望とされるLTO(チタン酸リチウム)を負極とするリチウムイオン2次電池(LIB)の低温特性が改善された場合の利点や克服すべき課題に着目した調査を実施した。運輸部門の省エネルギーとCO2排出量削減目標を調査したところ、エンジン駆動の乗用車の燃費を改善することと、CO2ガス排出量の削減目標達成が等価であり、より高性能をもつ蓄電池を搭載した車の普及が省エネルギーとCO2ガス排出量削減の目標達成に必要であることが分かった。鉛蓄電池、リチウムイオン2次電池搭載車の技術および市場動向、車載用低電圧システム用電池の技術動向を調査した。その結果、低温でも回生エネルギーを充電できる、入力特性に優れた蓄電池の開発が車の省エネルギー化を進めるために必須であることが分かった。また、自動車の電子機器の採用が増えることにより蓄電デバイスの大容量化が今後要求されるため、エネルギー密度の大きなリチウムイオン2次電池の入出力特性が改良できれば市場拡大が期待できることが判明した。低温での入力特性に優れることが予想されるLTOを負極としたリチウムイオン2次電池を調査した。製造・販売している国内メーカーは東芝に代表されるが、海外にも数社存在していることが分かった。現在の12 Vシステムでは鉛蓄電池とLIBが併用されているが、高容量化のニーズに対応するためのリチウムイオン2次電池単独使用の自動車の調査したところ、最近では高級車を中心に製品化の例があることを確認した。車載用LTO負極リチウムイオン2次電池材料の開発動向を調査した。負極LTOは国内外のいくつかのメーカーで製造・販売されていることを確認した。LTO負極用の電解液は環状カーボネートのPCに粘度と融点が共に低い直鎖カーボネートを混合することが有利と考えられている。入出力特性に優れた電池を設計するためには、セパレータは薄く、空孔率が高く、孔構造ができるだけ真直ぐなものが求められることが分かった。今回車載用LTO負極リチウムイオン2次電池に好適な材料を開発し、LTO電池試作評価を実施した。電解液の添加剤を工夫することにより低温特性の向上が図れることが明らかになった。市販の始動用鉛蓄電池と鉛蓄電池代替LIBの評価を行った。LIBの-30℃におけるコールドクランキング特性が鉛蓄電池に劣っているという技術的課題を確認した。低温入出力特性に優れたリチウムイオン2次電池を実現するためには、構成する負極、電解液、セパレータを材料のレベルから最適となるように開発することが重要であることが今回の調査から明らかになった。
英文要約Pros and Cons of lithium ion Battery (LIB) with LTO (Lithium Titanium Oxide) anode when its low temperature characteristics are improved have been investigated. Energy saving in transportation and CO2 gas reduction target is investigated. As fuel consumption improvement of passenger cars with combustion engine shall be equivalent to the CO2 gas reduction target in transportation, passenger cars with high performance battery is required to be used widely in order to achieve the CO2 gas reduction target.Market and technology trend of passenger cars with lead acid battery and LIB, especially low voltage system for ISS/micro-hybrid cars were also investigated. In result development of secondary battery with excellent charging performance at low temperature for regeneration energy is necessary to improve fuel consumption which leads to energy saving for passenger cars. As recent passenger cars equip more electronic devices such as sensors and internet communication, secondary batteries with more capacities are required. High energy density lithium ion batteries with improved input/output characteristics are expected to widen their market.LIB with LTO anode, one of the most promising battery systems for excellent input/output characteristics at low temperature, was investigated. Toshiba is a well-known leading company selling and manufacturing LIB with LTO anode in Japan while some companies in overseas also sell and manufacture the lithium ion batteries. Current 12V system for micro hybrid cars equips lead acid battery and LIB in parallel. This investigation reveals that a few of recent high end passenger cars equip such LIB without lead acid battery. Development trend on battery materials for LIB with LTO anode for passenger cars was studied. LTO is sold and manufactured by some makers in Japan and in overseas. Propylene carbonate, which is one of the cyclic carbonate, mixed with linear carbonate with low viscosity and melting point is good for the electrolyte formulation for LTO anode. In order to design LIB with excellent input/output characteristics, thinner separator with high porosity and linear pore structure is required. Lithium ion batteries with LTO anode were fabricated and evaluated with materials developed in this study. An electrolyte additive improved low temperature characteristics. Commercially available lead acid battery for engine ignition and LIB aimed substitution of lead acid battery were evaluated. The LIB had poor cold cranking characteristics at -30°C than the lead acid battery. In conclusion, our investigation revealed that material development of LTO, electrolyte and separator are keys to realize commercialization of LIB with excellent low temperature input/output characteristics.
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