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市場調査レポート

全固体LIB(リチウムイオン電池):技術的傾向と実用化の見通し

All-solid-state LIB Technology Trend and Commercialization Forecast

発行 SNE Research 商品コード 293388
出版日 ページ情報 英文 130 Pages
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ご注意:当報告書は原文が韓国語のため、英訳が必要となる場合があります。納期については、当社までお問合せ下さい。

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全固体LIB(リチウムイオン電池):技術的傾向と実用化の見通し All-solid-state LIB Technology Trend and Commercialization Forecast
出版日: 2013年08月12日 ページ情報: 英文 130 Pages
概要

現在市況されている高容量・高出力リチウムイオン電池では、液体式の有機電解質が、そのイオン電導率の高さの故に利用されています。しかし、この方式は安全性・耐久性・信頼性の上で問題があります。実際に、小型リチウムイオン電池の爆発・発火事故が世界各地で頻繁に報告されています。そのため、多くの研究者が安全性向上のために、液体式の代わりに固体式の電解質を用いる全固体電池の開発を進めています。これまでの研究開発で、全固体電池は安全性などの点で従来型電池より優れた性能を示しています。ただし、固体式電解質のイオン伝導率はまだ低く、今後の商業化に際しての大きな課題となっています。世界各国の企業・研究機関では、全固形電池の実用化を目指した研究開発を精力的に進めています。

当レポートでは、全固体リチウムイオン二次電池の技術・市場動向について分析し、技術的な背景や現在の技術開発状況、特許取得状況、主要企業の取り組み、今後の活用分野や商業化・市場動向の見通しなどを調査しております。

第1章 次世代型の充電式電池技術の開発傾向

  • 次世代型充電式電池技術の概要
  • 次世代型充電式電池技術の開発傾向
    • 全固体充電式電池
    • 金属空気電池
    • マグネシウムイオン電池
    • ナトリウムイオン電池
    • リチウム硫黄電池
  • 世界各国における次世代型充電式電池の開発ロードマップ
    • 米国
    • 日本
    • 中国
    • 欧州
    • 韓国

第2章 全固体LIB(リチウムイオン電池)の概要

  • 全固体LIBのメカニズム
  • 全固体LIBの技術的特徴
  • 全固体LIBの主要部品
  • 全固体LIBの技術的課題

第3章 全固体LIB向け固体電解質

  • 無機固体電解質の技術
    • 酸窒化物ベース
    • リン酸塩ベース
    • 硫化物ベース
      • 二元性硫化物(Binary Sulfide)ベース
      • thio-LISICON (Lithium Superionic Conductor) ベース
    • 酸化物ベース
      • ガーネットベース
      • 灰チタン石(Perovskite)ベース
  • 有機固体電解質の技術
    • 非溶媒系
  • ハイブリッド型固体電解質の技術
    • 合成物ベース
    • 化学結合系
  • 三次元型電極の設計
  • 電極・電解質間インターフェースの制御

第4章 全固体LIBの特許の傾向

第5章 主要研究機関・企業の技術開発/ビジネス動向

  • 米国
    • Cymbet
    • Excellatron
    • Planar Energy
  • 日本
    • トヨタ自動車
    • 産業技術研究所
    • 出光興産
    • 三重県産業支援センター(MIESC)
    • オハラ
    • 東京工科大学
    • 大阪府立大学
  • 韓国
    • Samsung Advanced Institute of Technology
    • GS Nanotech
    • Rocket Electric
    • ETRI
  • その他
    • ProLogium
    • Enfucell

第6章 全固体LIBの活用分野と実用化の見通し

  • 活用分野
  • 商業化の見通し

第7章 目次

  • 図の一覧
  • 表の一覧
目次
Product Code: R113SB2013034

Currently available high-capacity/high-power lithium ion batteries use organic liquid electrolytes due to their excellent ionic conductivity, which involves problems related to battery safety, durability and reliability. In practice, accidents related to explosion and fires of small-sized lithium ion batteries have been frequently reported across the world. In 2006, for instance, a Dell laptop caught a fire during a conference in Osaka due to a battery manufactured by Sony, which involved in a massive recall, bringing both companies to serious management crises.

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In this context, many researchers have studied all-solid state batteries using solid electrolytes instead of liquid electrolytes as an effort to secure safety of lithium ion batteries. All-solid-state batteries are establishing a solid foothold as one of next-generation batteries. It is known that using solid electrolytes helps increase battery performance such as high energy density, high power density and long life. From an economic point of view, solid electrolytes also have many advantages regarding simplification of manufacturing process, battery scale-up/densification and cost reduction.

In general, safety of lithium ion secondary batteries increases in the following order: liquid electrolytes < polymer (gel) electrolyte < solid electrolyte. On the contrary, the performance of rechargeable batteries is in inverse proportion to ionic conductivity of electrolytes. For this reason, the low ion conductivity of electrolytes has been the biggest obstacle to commercialization of all-solid-state batteries. The solid electrolytes reported that have so far been developed have ion conductivity of less than 10-5 S/cm at room temperature. Thus, it is required to develop solid electrolyte materials whose ion conductivity comes close to that of liquid electrolytes (more than10-3 S/cm) and current R&D efforts are focused on reducing interfacial resistance between both electrodes and solid electrolytes and polarization resistance within the battery.

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Considering many technical challenges, all-solid-state LIBs are still far away from commercialization. Nevertheless, Toyota, which has most actively engaged in research in next-generation batteries although it is an automaker, on March, 2013 announced its plan to release PEVs (Plug-In Vehicles, PHEV & BEV) adopting all-solid-state batteries by 2020. Likewise, not that many companies are making intensive R&D efforts to make breakthroughs such as the recent development of solid electrolyte materials and 3-dimensional electrode structures, there will be considerable progress.

This report will provide a comprehensive overview of all-solid-state lithium secondary batteries as one of the most promising post-LiB technologies, including technical backgrounds, technology development trends and patent trends.

Strong Points of this report include:

  • 1. Next-generation rechargeable battery development trends and roadmaps for each country
  • 2. All-solid-state LIB technology issues and key components
  • 3. All-solid-state LIB technology patent trend
  • 4. All-solid-state LIB technology development trends of major research institutes and companies
  • 5. All-solid-state LIB technology applications and commercialization forecast

Table of Contents

1. Next-generation rechargeable battery technology development trend

  • 1.1. Next-generation rechargeable battery technology overview
  • 1.2. Next-generation rechargeable battery technology development trend
    • 1.2.1. All-solid-state rechargeable battery
    • 1.2.2. Metal-air battery
    • 1.2.3. Mg ion battery
    • 1.2.4. Na ion battery
    • 1.2.5. Lithium-sulfur battery
  • 1.3. Next-generation rechargeable battery development roadmap by country
    • 1.3.1. USA
    • 1.3.2. Japan
    • 1.3.3. China
    • 1.3.4. Europe
    • 1.3.5. Korea

2. Understanding of all-solid-state LIBs

  • 2.1. Mechanism of all-solid-state LIBs
  • 2.2. Technical characteristics of all-solid-state LIBs
  • 2.3. Key components of all-solid-state LIBs
  • 2.4. Technical issues of all-solid-state LIBs

3. Solid electrolyte for all-solid-state LIBs

  • 3.1. Inorganic solid electrolyte technology
    • 3.1.1. Oxynitride-based
    • 3.1.2. Phosphate-based
    • 3.1.3. Sulfide-based
    • 3.1.3.1. Binary Sulfide-based
    • 3.1.3.2. thio-LISICON-based
    • 3.1.4. Oxide-based
    • 3.1.4.1. Garnet-based
    • 3.1.4.2. Perovskite-based
  • 3.2. Organic solid electrolyte technology
    • 3.2.1. Non-solvent system
  • 3.3. Hybrid solid electrolyte technology
    • 3.3.1. Composite-based
    • 3.3.2. Chemical bonding system
  • 3.4. 3-dimensional electrode design
  • 3.5. Electrode-electrolyte interface control

4. All-solid-state LIB patent trend

5. Technology development and business trend of major research institutes and companies

  • 5.1. USA
    • 5.1.1. Cymbet
    • 5.1.2. Excellatron
    • 5.1.3. Planar Energy
  • 5.2. Japan
    • 5.2.1. TOYOTA
    • 5.2.2. AIST
    • 5.2.3. Idemitsu
    • 5.2.4. MIESC(Mie Industry Enterprise Support Center)
    • 5.2.5. Ohara
    • 5.2.6. Tokyo Institute of Technology
    • 5.2.7. Osaka Prefecture University
  • 5.3. Korea
    • 5.3.1. Samsung Advanced Institute of Technology
    • 5.3.2. GS Nanotech
    • 5.3.3. Rocket Electric
    • 5.3.4. ETRI
  • 5.4. Others
    • 5.4.1. ProLogium
    • 5.4.2. Enfucell

6. All-solid-state LIB application and commercialization forecast

  • 6.1. Applications
  • 6.2. Commercialization forecast

7. Index

  • 7.1. Figure
  • 7.2. Table
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