電池劣化の緩和/予測/診断、技術状況と関連企業

電池の劣化は、電池の性能劣化の根本的な原因です。特に大容量で高出力の電池は、劣化が激しいと性能が低下するため、劣化に対する深い理解が必要です。

現在、劣化に関しては、廃電池の診断技術や急速充電の開発が進み、市場が形成されています。

廃電池の再利用には診断技術が欠かせません。ここ数年、廃電池のリユース事業に取り組むOEMメーカーが複数あり、廃電池をリユースするさまざまな用途で新たなビジネスを準備している企業も多いです。

EVが従来のガソリン/ディーゼルエンジン車の市場シェアを追い越すためには、長い電池寿命と短い充電時間が必要です。これらは電池・EV市場を急拡大させる根本的なニーズであり、そのため過酷な条件下での劣化の緩和/抑制技術が不可欠です。

当レポートでは、韓国の電池産業について調査分析し、劣化を緩和するための戦略や、劣化を診断/予測するためのさまざまな技術を紹介しています。また、国内外の企業、市場と産業の動向、特許や注目の技術についての情報も提供しています。

目次

第1章 簡単なイントロダクション

• 技術競合の激化
• 使用後の問題
• 環境汚染問題
• 急速充電の問題

第2章 リチウムイオン電池

• コンポーネント

第3章 劣化

• 劣化とは
• 劣化のメカニズム

第4章 材料

• 正極
  • 正極材料に起因する劣化
  • 劣化/緩和要因
  • 劣化の影響
• 負極
  • 負極材料に起因する劣化
  • 劣化/緩和要因
  • 劣化の影響
• 電解質
• 不活性物質（バインダー、集電体、セパレーター、その他のコンポーネント）の劣化
• その他の劣化要因（経年変化、周辺温度、電池設計、使用者など）
• 劣化メカニズム間の関係
  • ポジティブフィードバックのシナリオ
  • ネガティブフィードバックのシナリオ

第5章 セル劣化の影響

• 性能の低下

第6章 電池劣化緩和戦略

• 活物質材料の改良
  • 正極活物質
  • 負極活物質
  • SEI
• 充電技術
  • 定電圧充電方式（CV）
  • 定電流充電方式（CC）
  • 定電流・定電圧充電方式（CC-CV）
  • 定電力（CP）方式
  • 定電力・定電圧充電方式（CP-CV）
  • 急速充電方式
  • 可変電流減衰充電方式（VCD）
  • 多段定電流充電方式（MCC）
  • パルス充電方式
  • トリクル充電方式

第7章 電池劣化診断/予測技術

• 分析手法：劣化形式別
• 電気化学分析技術
• 非モデルベースの分析
• モデルベースの分析
• 機械学習/AIを活用した診断と予測
• 事後分析

第8章 電池劣化に関連する企業の状況

• 韓国（20社）
• 北米（15社）
• 欧州（5社）
• 日本（5社）
• 中国（10社）
• その他

第9章 市場の現状と見通し

• BMS
  • BMSの世界市場の見通し（2021年～2030年）
  • BMSサプライヤー：EVモデル別（2012年～2024年）
• 急速充電器
  • 世界市場の状況
  • 米国の急速充電器市場の見通し（2021年～2030年）
  • 現状：米国の主要都市別
  • 急速充電器の状況：韓国の地域別

第10章 電池劣化抑制/診断に関する特許（2017年～2021年）

• 韓国の特許

第11章 最新の劣化診断技術

• 電荷移動抵抗の挙動分析
• 温度不均一による局所的Liめっきの分析
• IRドロップ分析
• 増分容数量分析
• 差動電圧分析
• 急速充電条件下でのグラファイトベースの負極界面分析
• 負極コーティング材料の開発とインピーダンス分析

第12章 参考材料

Battery degradation is the root cause of performance degradation of batteries. High-capacity and high-power batteries in particular require deep understanding about the degradation because its performance gets worse due to severe degradation.

Currently, concerning the degradation, development of diagnosis technology for waste batteries and fast charging has been carried out and the market has been formed.

Diagnosis technology is essential for reuse of waste batteries. Several OEMs have engaged in the business of reuse of waste batteries over the past several years, and many companies are preparing new businesses by using various applications where waste batteries can be reused.

Long battery life and short charging time are required for EVs to overcome the market share of traditional gasoline/diesel engine vehicles. These are fundamental needs that allow the battery and EV market to expand rapidly, and for this reason, mitigation/suppression technology against degradation under severe conditions is essential.

This report is divided into 11 chapters. Chapter 1-3 provides basic knowledge about battery degradation and needs of the technology, chapter 4-5 describe causes and effect of degradation, chapter 6-7 describe mitigation strategy for degradation and degradation diagnosis/prediction technology, chapter 10-9 describe patents and latest technology.

This report provides in-depth understanding of battery degradation, and introduces strategy to mitigate degradation and various technologies to diagnose and predict degradation. It also provides detailed information on Korean and international companies, markets and industry trends, and patents and notable technologies.

Table of Contents

1. Brief Introduction

• 1.1. Intensified Technology Competition
• 1.2. Issues after use
• 1.3. Environmental pollution issue
• 1.4. Fast Charging issues

2. Lithium-ion Batteries

• 2.1. Components

3. Degradation

• 3.1. What is degradation?
• 3.2. Degradation mechanism

4. Materials

• 4.1. Cathode
  • 4.1.1. Degradation due to cathode materials
  • 4.1.2. Degradation/Mitigation Factors
  • 4.1.3. Effects of Degradation
• 4.2. Anode
  • 4.2.1. Degradation due to anode material
  • 4.2.2. Degradation/Mitigation Factors
  • 4.2.3. Effects of degradation
• 4.3. Electrolyte
• 4.4. Degradation of inactive materials (binder, current collector, separator, other components.)
• 4.5. Other degradation factors (ageing conditions, ambient temperature, battery design, users, etc.)
• 4.6. Connection between degradation mechanisms
  • 4.6.1. Positive-feedback scenario
  • 4.6.2. Negative-feedback scenario

5. Effects of Cell Degradation

• 5.1. Performance Degradation

6. Battery degradation mitigation strategy

• 6.1. Improvement of active material materials
  • 6.1.1. Cathode active materials
  • 6.1.2. Anode active materials
  • 6.1.3. SEI
• 6.2. Charging Techniques
  • 6.2.1. Constant voltage charging method (CV)
  • 6.2.2. Constant current charging method (CC)
  • 6.2.3. Constant current/constant voltage charging method (CC-CV)
  • 6.2.4. Constant power (CP) method
  • 6.2.5. Constant power/constant voltage charging method (CP-CV)
  • 6.2.6. Boost charging method
  • 6.2.7. Varying current decay charging method (VCD)
  • 6.2.8. Multi-stage constant current charging method (MCC)
  • 6.2.9. Pulse charging method
  • 6.2.10. Trickle charging method

7. Battery degradation diagnosis/prediction technology

• 7.1. Analysis techniques by degradation mode
  • 7.1.1. Structural change and decomposition analysis of active materials
  • 7.1.2. Particle destruction analysis
  • 7.1.3. Analysis of SEI layer growth
  • 7.1.4. Li plating analysis
• 7.2. Electrochemical analysis techniques
  • 7.2.1. Cell voltage and capacity analysis
  • 7.2.2. Resistance Analysis
• 7.3. Non-Model Based Analysis
  • 7.3.1. Battery internal factor diagnosis
  • 7.3.2. Battery external factor diagnosis
• 7.4. Model-based analysis
  • 7.4.1. Types of Models
  • 7.4.2. SEI layer growth
  • 7.4.3. Li plating
  • 7.4.4. Structural change and decomposition of cathode
  • 7.4.5. Particle destruction
  • 7.4.6. Silicon additives
• 7.5. Diagnosis and prediction by using machine learning/artificial intelligence
  • 7.5.1. Background of diagnostic technology by ML/AI
  • 7.5.2. Performance and safety prediction
  • 7.5.3. Degradation and life prediction
  • 7.5.4. Online estimation technology
• 7.6. Post-Mortem Analysis
  • 7.6.1. Precautions for cell disassembly
  • 7.6.2. Cell opening procedure and component removal method
  • 7.6.3. Physical analysis technology
  • 7.6.4. Chemical analysis technology
  • 7.6.5. Thermal stability analysis

8. Status of companies related to battery degradation

• 8.1. Korea (20 companies)
• 8.2. North America (15 companies)
• 8.3. Europe (5 companies)
• 8.4. Japan (5 companies)
• 8.5. China (10 companies)
• 8.6. Others

9. Market status and outlook

• 9.1. BMS
  • 9.1.1. Outlook for BMS global market (2021 - 2030)
  • 9.1.2. BMS suppliers by EV model (2012 - 2024)
• 9.2. Fast Charger
  • 9.2.1. Global market status
  • 9.2.2. Outlook for US fast charger market (2021 - 2030)
  • 9.2.3. Current status by major US cities
  • 9.2.4. Status of fast chargers by region in Korea

10. Patents for Battery Degradation Suppression/Diagnosis (2017-2021)

• 10.1. Patents in Korea

11. Latest technology for degradation diagnosis

• 11.1. Behavior Analysis for Charge Transfer Resistance
• 11.2. Analysis of local Li plating according to temperature nonuniformity
• 11.3. IR Drop Analysis
• 11.4. Incremental Capacity Analysis
• 11.5. Differential Voltage Analysis
• 11.6. Graphite-based anode interface analysis under fast charging conditions
• 11.7. Development of Anode Coating Materials and Impedance Analysis

12. References