Li-ion電池用正極材料の動向

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

無断転載を禁じます

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

Historical Fe

₂

O

₃

Factory near HIROSHIMA

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

materials

Battery

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. Pigment for colored

pavement. 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

戸田工業株式会社 事業状況

COMPANY PROFILE

Capital Stock : 5.56 Billion ¥ (100 JPY/$)

Employees

:

379 (R&D Center : 130)

Sales : 32.3 Billion ¥(FY2009, Consolidated)

Founded

:

1823

Incorporated :

1933

MANUFACTURING FACILITIES & OFFICES

Head Office

: Hiroshima

Sales Office

: Tokyo,Dusseldrof,Chicago,Seol

Plants

:

Onoda

, Otake,

Kitakyushu

, Okayama

Canada

,

USA

, China (3), Korea(2)

R & D Centers : Otake, Onoda, Kitakyushu

TODA Europe GmbH : Duesseldolf (Germany)

TODA America Inc.

: Chicago (IL),Battle Creek(MI)

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 Europe

Düsseldorf

Toda America Inc.

Chicago, USA

Toda Advanced Material

Sarnia, Canada

電池材料事業 事業所

Toda America Inc.

Battle Creek, USA

戸田工業 電池材料事業 事業所

小野田事業所

_{戸田マテリアル 北九州}

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

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。

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

菅総理大臣TMC（北九州工場視察）

2010年8月28日

GM Volt

Tesla EV Roadster

Nissan LEAF

Plug in Prius

Mitsubishi I Miev

Th!nk city

2010年 ＣＥＡＴＥＣ

車載用電池

車載用リチウムイオン電池と電池構造

電池構造

電池パック

正極材料・負極材料の組み合わせ

2020年

72,000,000kWh

÷

540Wh/ｋｇ

=133,333tons

Cf :0.15x3.6

X1000,000

=540kWh/ton

車載用Li-ion電池 正極材料 需要予測

1

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

FeF3

FeOxF2-x

Li2FeMnTiO3

LiTi2(PS4)3

LiTi2(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

New

System

Li-ion電池正極材料 Map

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

C

e

ll

v

ol

ta

ge

(V

)

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+67DMC 30EC+70DEC

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/kg

LiCoO2

2.5-4.3

3.75

5

3.6

160

3000

2160

600

LiMn2O4

2.5-4.3

3.75

4.2

2.8

120

1890

1260

450

LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 2.5-4.3

3.6

4.7

3.3

200

3384

2376

720

LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2 2.5-4.3

3.6

4.7

3.3

170

2876.4

2019.6

612

Li2MnO3-LiNiCoMnO2 2.5-4.6

3.6

4.2

2.2

270

4082.4

2138.4

972

LiFePO4

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

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！

2008年3月ANLよりライセンス締結

x

Li2MnO3・(1-x)LiNiCoMnO2 物質・電池特許

Argonne National Lab. 発明者 Dr.M.M.Thackeray 氏 と

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