全固体電池の研究開発動向と実用化への展望

― 固体電解質の作製・製造プロセスから界面解析まで ―

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第1章　全固体電池の研究開発動向
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第1節  全固体電池および固体電解質の研究開発動向
　はじめに
　1　全固体LIBとは
　2　半（擬似）固体LIBの開発状況
　3　全固体LIBの開発状況
　4　固体電解質の開発状況
　おわりに

第2節  硫化物系全固体電池および硫化物系固体電解質の製造プロセス
　はじめに
　1　電極構成
　2　硫化物系全固体電池の製造プロセス
　　2.1　硫化物系全固体電池の製造プロセス
　　2.2　硫化物系全固体電池の製造プロセス上の課題　
　3　硫化物系固体電解質の製造プロセス
　　3.1　乾式合成法（メカニカルミリング法）
　　3.2　湿式合成法
　4　まとめ

第3節  全固体電池の構造化（三次元構造化・バイポーラ構造化）
　はじめに
　1　電池特性と電極設計の基本
　　1.1　電極活物質の充放電応答
　　1.2　電解質のイオン伝導性と電極設計
　　1.3　サンドイッチ型電池構造の限界
　2　三次元構造化：原理と設計指針
　　2.1　基本概念
　　2.2　電極の構造化
　　2.3　固体電解質の構造化
　3　バイポーラ構造化
　　3.1　構成と特徴
　　3.2　全固体電池における有効性
　　3.3　集電体と製造工程
　4　まとめ

第4節  全固体電池の開発研究における安全性
　1　研究開発と化学物質規制
　2　固体電解質の特性と硫化水素発生
　3　全固体電池における硫化水素対策

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第2章　各種固体電解質/全固体電池
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第1節  酸化物系全固体電池・固体電解質

第1項  酸化物系固体電解質材料の進展と全固体電池
　はじめに
　1　酸化物系固体電解質材料の進展
　2　酸化物型全固体電池
　おわりに

第2項　ガーネット型LLZO系固体電解質
　はじめに
　1　LLZOの種々の合成法
　　1.1　固相法
　　1.2　ペッチーニ法
　　1.3　ゾルゲル法
　　1.4　燃焼合成法
　　1.5　共沈法
　　1.6　溶融塩合成法
　　1.7　噴霧スプレー熱分解法
　2　LLZOのイオン伝導度
　3　正極複合材料
　　3.1　正極材料上のコーティング材料
　　3.2　正極と混合して複合体形成

第3項　ガーネット型固体電解質を用いた全固体電池の高容量化
　1　ガーネット型固体電解質を用いた高容量型全固体電池
　2　高容量型全固体電池用電極
　　2.1　高容量型電池
　　2.2　電極合剤層
　　2.3　正極合剤層の構造と電池特性
　　2.4　金属リチウム負極
　　2.5　ガーネット型固体電解質を用いた全固体電池の作製
　3　ガーネット型固体電解質を用いた正極合剤層
　　3.1　共焼結
　　3.2　低融点リチウム塩を用いた焼結
　　3.3　イオン交換と液相焼結による低温焼結
　　3.4　急速液相焼結
　　3.5　ナノ粒子化による低温焼結
　　3.6　元素置換によるLLZの低温焼結
　4　ガーネット型固体電解質を用いた全固体電池の課題
　　4.1　サイクル特性
　　4.2　出力特性
　　4.3　リチウム負極
　　4.4　大面積化
　5　まとめと展望

第4項　共焼結型全固体電池の焼結技術：ガーネット型固体電解質を中心に
　はじめに
　1　セラミックスの焼結に関する基礎
　2　セラミックスの焼結技術
　　2.1　無加圧焼結の分類
　　　2.1.1　固相焼結
　　　2.1.2　液相焼結
　　　2.1.3　加熱方法
　　2.2　加圧焼結の分類
　3　酸化物系固体電解質を用いた全固体電池における共焼結のポイント
　4　LLZを用いた全固体電池の共焼結技術の実例
　　4.1　加圧焼結
　　4.2　無加圧焼結
　　　4.2.1　LLZの本質的な焼結モデル
　　　4.2.2　自己形成液相を用いた低温焼結と全固体電池応用
　5　まとめ：理想的な焼結型電池とは？

第2節  硫化物系全固体電池・固体電解質

第1項  硫化物系固体電解質の材料特性と特徴、課題
　1　序論
　　1.1　全固体電池と硫化物系固体電解質
　2　硫化物系固体電解質の材料化学的特徴
　　2.1　硫化物系固体電解質の分類～ガラス、ガラスセラミックス、結晶～
　　　2.1.1　構成ユニットの特徴
　　　2.1.2　ガラスおよびガラスセラミック電解質
　　　2.1.3　超イオン伝導性結晶
　3　硫化物系固体電解質の課題と解決に向けての研究動向
　　3.1　化学的安定性
　　3.2　電気化学的安定性
　　3.3　機械的特性
　　3.4　高出力化、高エネルギー密度化
　　3.5　製造コスト
　4　今後の展望
　　4.1　硫化物系固体電解質を用いた全固体電池の実用化と用途拡大
　　4.2　硫化物系固体電解質と他の電解質とのコンポジット設計
　　4.3　次世代型全固体電池への研究展開
　おわりに

第2項　液相法による硫化物系固体電解質の作製
　はじめに
　1　硫化物系固体電解質の液相合成手法
　　1.1　液相加振法によるLi3PS4およびLi3PS4–LiI–Li3PO4系固体電解質の合成
　　1.2　水溶液系イオン交換法によるLi4SnS4系固体電解質の合成
　　1.3　硫黄過剰添加溶液法によるLi7P3S11およびLi6PS5Cl固体電解質の合成
　2　まとめ

第3項　遊星型メカノケミカル合成における乳鉢混合の影響
　はじめに
　1　Li7P3S11の発見と研究の歴史
　2　合成プロセスに残された謎
　3　合成の不均一性とその起源
　おわりに

第4項　バインダーフリー・シート型全固体電池作製プロセスとその装置化
　はじめに
　1　固体電解質、バインダー、溶媒の選定
　2　バインダーフリー全固体電池の構築
　3　試作装置の工程の流れ
　4　バインダーフリー・シート型全固体電池の特性
　おわりに

第5項　硫化物系全固体電池の実用化と安全性
　1　全固体リチウムイオン電池への期待
　2　硫化物系および酸化物系の開発状況
　3　電解液（質）と固体電解質の置換とコスト
　4　安全性①「電池の発火原因」
　5　安全性②「安全性試験とセル設計ステップ」

第3節  二酸化炭素を原料とする固体高分子電解質
　はじめに
　1　イオン伝導性固体高分子電解質の概要
　2　CO2/エポキシド共重合体電解質とその特異的物性
　3　高分子構造制御による改質の試み
　4　まとめ

第4節  Na3AlF6–Na2SiF6系固溶体におけるNa+伝導特性と全固体Na電池の構築
　はじめに
　1　背景
　2　実験方法
　　2.1　試料作製
　　2.2　試料評価
　　　2.2.1　XRD
　　　2.2.2　インピーダンス測定
　　　2.2.3　CV測定
　　　2.2.4　クロノアンペロメトリー（CA）測定
　　　2.2.5　SEM観察
　　　2.2.6　充放電試験
　　　2.2.7　分子動力学計算
　3　測定結果
　　3.1　構造解析
　　3.2　イオン伝導度測定結果
　　3.3　分子動力学計算結果
　　3.4　電気化学測定
　　3.5　充放電測定結果
　結言

第5節  新規オキシハロゲン化物固体電解質の開発
　1　はじめに
　　1.1　背景
　　　1.1.1　全固体電池について
　　　1.1.2　ハロゲン化物固体電解質の特徴と課題
　　　1.1.3　高イオン伝導を有する新規オキシハロゲン化物固体電解質の材料設計
　2　本論
　　2.1　新規オキシハロゲン化物固体電解質の結晶構造と特性
　　　2.1.1　結晶構造
　　　2.1.2　材料合成
　　　2.1.3　イオン伝導性
　　　2.1.4　電池性能
　おわりに

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第3章　電極/電解質の界面抵抗と全固体電池の評価・分析
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第1節  界面現象および接合技術
　1　全固体電池における界面
　2　活物質・電解質界面
　　2.1　界面面積
　　　2.1.1　全固体電池作製時
　　　2.1.2　電池動作時
　　2.2　交換電流密度
　　　2.2.1　界面反応相
　　　2.2.2　格子ひずみ
　　　2.2.3　空間電荷層
　3　電解質粒子界面（粒界）
　4　金属リチウム負極と固体電解質間の界面
　5　まとめ

第2節  ポリマー系固体電解質を用いたリチウム電池における電極界面のin situ解析
　はじめに
　1　実験系について
　　1.1　in situセル設計のポイント
　　1.2　測定条件設定のポイント
　2　実験系について
　　2.1　in situセルでの電気化学測定結果
　　2.2　in situセルでの赤外分光測定結果
　　2.3　in situ赤外分光測定でわかること：反応メカニズムのまとめ
　おわりに

第3節  全固体電池の試作評価・解析技術
　はじめに
　1　硫化物系全固体電池の試作
　2　全固体電池電極の構造評価・解析技術
　3　電極合材中の電子伝導、リチウムイオン伝導の解析技術
　4　全固体電池の劣化解析技術
　おわりに

第4節  X線光電子分光法を用いた全固体電池の固/固界面・表面解析
　はじめに
　1　X線光電子分光法
　　1.1　X線光電子分光法の原理
　　1.2　X線励起エネルギーと分析深さ 
　　1.3　定性分析、化学状態分析
　　1.4　定量分析
　　1.5　帯電補正
　　1.6　深さ方向分析
　　1.7　試料調整法
　　1.8　HAXPES
　2　X線吸収分光法（XAS）
　　2.1　XASの原理
　　2.2　XANESとXPSの併用分析
　3　全固体電池材固/固界面・表面分析
　　3.1　XPSを用いた全固体電池用正極材料の評価
　　3.2　XPSとXANES測定併用による界面解析
　　3.3　最近の全固体電池固/固界面の解析例
　おわりに

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第4章　全固体電池の用途展開と今後の課題
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第1節  ウェアラブル用途
　1　緒言
　　1.1　社会的背景
　　1.2　これまでのウェアラブル用途の電池研究開発
　2　ウェアラブル全固体電池
　　2.1　意義と位置付け
　　2.2　スタートアップコンセプトの実証 
　3　今後の課題

第2節  自動車用途
　1　 Hondaの基礎技術と電動化
　　1.1　Hondaにおける基礎技術
　　1.2　電動化戦略とバッテリー技術の位置付け
　2　全固体電池の取り組み
　　2.1　全固体電池パイロット開発
　　2.2　パイロットラインのコンセプト
　　2.3　投資計画
　3　全固体電池の将来の可能性
　　3.1　Hondaの強み
　　3.2　将来の可能性

第3節  産業機器向け全固体電池の開発
　1　はじめに 
　　1.1　開発背景
　　1.2　全固体電池に関して
　2　セラミックパッケージ型全固体電池の開発
　　2.1　セラミックパッケージ型全固体電池「PSB401010H」の概要
　　2.2　「PSB401010H」の特性
　　　2.2.1　温度負荷特性
　　　2.2.2　高温高湿特性
　　　2.2.3　サイクル特性
　　　2.2.4　寿命予測
　　　2.2.5　耐リフロー性能
　　2.3　「PSB401010H」の用途展開
　　　2.3.1　産業用ロボット
　　　2.3.2　食品管理
　　　2.3.3　滅菌用高温データロガー
　　　2.3.4　ハーベスティングとの融合
　3　新規全固体電池の開発 
　　3.1　大容量化
　　3.2　高耐熱化
　4　今後の展望