Li-ion 電池用正極材料の動向
2010年12月16日戸田工業株式会社
TEMAC荻須 謙二
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本日の講演
1.戸田工業の紹介
2.正極材料の動向について
2-1.正極材料Map
2-2 正極材料特性
2-3 LiNiCoAlO2について
2-3 Li-Rich NCMについて
2-4 LiMn2O4について
3.まとめ
2
Historical Fe2O3 Factory near HIROSHIMA
3
3
Providing the solutions with unique
materials to support information
technology, a safe environment, future
energy needs, and medical progress.
Toner materials, carriers, and magnetic materials for printers and copying machines.
Battery materials for PC, mobile phones, hybrid cars, and industrial applications.
Antenna sheet and IC tags for RFID.Sheet and materials for
noise suppressing and absorber.
Electronic printing
materialsBattery
materials
EMC materials and devices
Digital recording media materials
Materials for electronic
components
Pigments
Functional materials and
remediation for environmental
Fujikasui Engineering Co.,
Ltd.
戸田工業株式会社 事業領域
Magnetic materials for digital recording tape.Electromagnetic wave
shielding materials for displays.
Magnetic materials for composite magnets and cards.Electronic materials for
inductors and capacitors.
Pigment for colored pavement.Highly reflective pigment
for heat island phenomenon.Non-lead pigments for road
line.
Raw material for lead-free vinyl chloride stabilizers.Dioxin reduction and
functional compounds for crow-repellent garbage bags, etc..
Environmental system engineering for waste water and gas, etc..
Toda Energy Materials Company (TEMAC)
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戸田工業株式会社 事業状況
COMPANY PROFILECapital Stock : 5.56 Billion ¥ (100 JPY/$)Employees : 379 (R&D Center : 130)Sales : 32.3 Billion ¥(FY2009, Consolidated) Founded : 1823Incorporated : 1933
MANUFACTURING FACILITIES & OFFICESHead Office : HiroshimaSales Office : Tokyo,Dusseldrof,Chicago,SeolPlants : Onoda, Otake, Kitakyushu , Okayama
Canada, USA, China (3), Korea(2) R & D Centers : Otake, Onoda, KitakyushuTODA Europe GmbH : Duesseldolf (Germany)TODA America Inc. : Chicago (IL),Battle Creek(MI)TODA ADVANCED MATERIALS INC. (Canada)
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戸田工業株会社/日本東京支社戸田工業本社/広島県 大竹市小野田事業所/山口県 山陽小野田市戸田マテリアル/ 福岡県 北九州市
Toda Korea
Toda Kogyo EuropeDüsseldorf
Toda America Inc.Chicago, USA
Toda Advanced MaterialSarnia, Canada
電池材料事業 事業所
Toda America Inc.Battle Creek, USA
中国
戸田工業 電池材料事業 事業所
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小野田事業所 戸田マテリアル 北九州
TODA Advanced Materials Inc. Canada TODA America Inc. Michigan
北米に於ける戸田工業正極材料生産拠点
カナダOntario州Sarnia市
前駆体生産中アメリカ Michigan州
Battle Creek 市(2011年より稼働予定)
正極材料生産予定
Ann Arbor
Lansing
Kalamazoo
Flint
Holland
Midland
Detroit
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電池事業の経緯
・‘90年代にLi-ion電池正極材料の研究に着手。
・2000年からCo3O4を出発原料としたLiCoO2の事業を開始。
・2002年に富士化学よりLiNiCoAlO2の事業を引き継ぐ(富士化学は1992年よりNi系事業を展開)。
・2007年にHC.StarckよりNi(OH)2/LiNiCoMO2/CoOx事業を継承。
・2008年LiMn2O4の事業化。
・2008年 Argonne National Lab. とLi-Rich NCMのLicense
契約を締結、三成分系の事業化。
・2009年米国 DOEからを受けMichigan州 Battle Creakに工場建設を開始。
・2010年伊藤忠と前駆体・正極材料製造のJVを設立。
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電池事業の優位点
・無機合成化学分野での豊富な事業経験。
・広い商品群と前駆体から最終商品までの一貫生産
・原料会社との戦略的協業。
・開発から商品化まで顧客要求に対応。
・知的財産権の確立。
・高い品質での生産
・生産のGlobal展開
・車載用電池材料への注力
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菅総理大臣TMC(北九州工場視察)2010年8月28日
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Benz S400 Blue HybridBMW 7 Active Hybrid
Renault EV
GM Volt
Tesla EV Roadster
Nissan LEAF
Plug in Prius
Mitsubishi I MievTh!nk city
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2010年 CEATECEV/ES/Energy Solution /3D/WiFi/Gam
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14正極・正極材料
車載用電池
電気自動車・HEV・P-HEV
車載用リチウムイオン電池と電池構造
Source: National Renewable Energy
Laboratory
電池構造
電池パック
車載用リチウムイオン電池
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正極材料・負極材料の組み合わせ
出典;D.Aurbach International Batteries Seminar 2010 Florida
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2020年72,000,000kWh
÷540Wh/kg
=133,333tons
Cf :0.15x3.6X1000,000
=540kWh/ton
車載用Li-ion電池 正極材料 需要予測
出典:竹下 IT総研 2010 3月
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2
3
4
5
6
100 200 300 400
Li-Rich NiCoMn AlO2
LiNiPO4
500mAh/g
7 Volt
LiNiMn Spinel
Li-RichMnCoNiO2-V2O5
Li-RichMnCoNiO2-Li4Mn5O12
LiNiCoAlO2
FeF3FeOxF2-x
Li2FeMnTiO3
LiTi2(PS4)3LiTi2(PO4)3
LiFePO4
LiMn2O4
Li-Rich NiCoMnO2
Li2MnO3-Li1.2V3O8
Li5FeO4-Li1.2V3O8
LiMnPO4
LiCoO2
Li-Rich MnNiCoO2
Li[Li1/5Ni1/5Mn3/5]O2
Current
New Proposal
Complex
NewSystem
Li-ion電池正極材料 Map
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代表的な正極材料の放電特性
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
0 50 100 150 200 250 300
Capacity(mAh/g)
Cell
vo
ltag
e(V
)
LCO
LNCA
LMO(Sp)
LMNC
LNCM
LFPO
LNM(Sp)
LMFPO
Cathode Material LFPO LMFP LCO LMO LNCA LNCM LMNC LNM
Anode
Electrolyte
Solvent
Cut-off voltage 2.0-4.3 2.0-4.5 2.0-4.6 3.0-5.0
C-rate 0.05 0.1 0.07 0.1
Li metal
LiPF6
3.0-4.3
0.1
33EC+67DMC30EC+70DEC
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主なLi-ion電池正極材料
各種正極材料正極材料 電圧V vsLi 平均電圧V 密度 Packing D* Energy mAh/g Energy Wh/L Energy Wh/L* Energy Wh/kgLiCoO2 2.5-4.3 3.75 5 3.6 160 3000 2160 600LiMn2O4 2.5-4.3 3.75 4.2 2.8 120 1890 1260 450LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 2.5-4.3 3.6 4.7 3.3 200 3384 2376 720LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2 2.5-4.3 3.6 4.7 3.3 170 2876.4 2019.6 612Li2MnO3-LiNiCoMnO2 2.5-4.6 3.6 4.2 2.2 270 4082.4 2138.4 972LiFePO4 2.5-4.3 3 3.7 2 150 1665 900 450
* 電極充填密度g/cc *電極Energy密度 Wh/L
出典:戸田工業株式会社 資料
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2009年11月29日日本経済新聞の記事IT総研の記事(2009・Q3 Report)
2015年Li-MnCoNIO2系高容量正極材料
で300㎞の走行
可能!
IT総研の記事(2009・Q3 Report)
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2008年3月ANLよりライセンス締結xLi2MnO3・(1-x)LiNiCoMnO2 物質・電池特許
Argonne National Lab. 発明者 Dr.M.M.Thackeray 氏 と戸田俊行社長 東京支社にて
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要約
1. Li-ion電池の新たな用途として、HEV,EV,
定置型蓄電Systemなどの市場へ拡大する。
2.高容量、高出力、耐久性、低価格、などの
新たな要求応える必要が出てきた。要求に
応える為改善を進めている。
3.電池材料事業への期待は各方面から高まる。
4. Globalization and Localizationが
この事業の顧客要求を把握する方法である。
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ご清聴有難う御座いました。
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