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　近年、カーボンニュートラルやSDGsなど、地球環 境保全の観点から車両の電動化が加速し、車載用二次電池として高エネルギー密度のリチウムイ オン電池が採用されています。また、電気自動車の課題である航続距離の長距離化を実現するため、電池のさらなる高容量化、高エネルギー密度化も要求されています。

 電極設計の観点では、高容量活物質の使用、 電極合材層中の活物質比率の増加、電極合材層の厚膜・高密度化などにより電池の高エネルギー密度化が図られ、電池モジュール・パック設計の観点では、電池セルの大型化、構成部品点数 の削減などによる電池の軽量化がなされ、200Ahを超える大容量セルも実用化されています。

 電池の高エネルギー密度化を達成するためには、高容量活物質のサイクル特性の向上、厚膜高密度電極の内部抵抗の抑制、大電 流充放電に対応したセル設計の最適化など検討課題が多く存在しています。そのため、当社では電極試作技術の向上、EV搭載用模擬セ ルの試作技術の確立、交流インピーダンス法による内部抵抗解析など、電池の高エネルギー密度化に貢献できるよう日々検討を 行っています。 本セミナーでは、当社が注力するEV設計支援のための高容量電極、大型電池セルの試作技術、および高容量電極に対する交流イン ピーダンスの解析技術について紹介させていただきます。

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　2050年カーボンニュートラルの達成に向け、日本政府は2035年までに乗用車の新車販売における電動車の割合を100%にするとの目標を掲げています。そのため、自動車メーカーは、リチウムイオン電池を搭載した電気自動車の開発を進めています。

　現在使用されている電池は、有機溶剤系電解液をもちいたもの（以降、液系リチウムイオン電池）ですが、航続距離延長や充電時間短縮の観点からは、より高エネルギー密度、高入出力特性を有する次世代型蓄電池が望まれています。さまざまな次世代型蓄電池が検討されている中で、近年とくに開発が盛んになっているのが、有機溶剤系電解液を固体電解質に置き換えた全固体電池です。全固体電池のカギとなる材料開発においては、イオン伝導率の高さ、活物質/固体電解質界面形成の容易さから硫化物系固体電解質が主流となっています。

　また、目標達成のためには理想的な電池構造を形成する製造プロセスの開発も重要です。現在は、従来の液系リチウムイオン電池の製造プロセスをベースに開発が進められていますが、製造プロセスとしてはまだ確立していません。全固体電池に最適化するとともに、その大型化にも対応した製造プロセスが求められています。当社ではこれまで次世代型蓄電池の開発促進に向け、固体電解質合成、全固体電池試作から評価解析までのトータルソリュー ションを構築してきています。現在、実使用を模擬するための大型全固体電池試作設備も整備し、大面積での電極塗工や高圧での接合界面形成など、電池大型化、各層の接合界面形成の最適化に求められるプロセスの開発も可能としています。本セミナーでは、当社が保有する 大型全固体電池試作技術を示すとともに、全固体電池の特性最適化に不可欠な電極構造解析技術と内部抵抗解析技術について 紹介させていただきます。

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　近年のDX（デジタル・トランスフォーメーション）化の流れにともない、従来、経験的要素の大きかったリチウムイオン電池の電極製造プロセスにおいても、 数値モデル化が活発に進められています。

　一般に、リチウムイオン電池の電極は 混錬、塗工、乾燥、プレス、切断などのプロセスを経て製造され、それぞれのプロセスを模した流体、物質輸送、熱輸送、応力解析などを組み合わせたシミュレー ションモデルの構築が行われています。しかしながら、多くのモデルでは、単独のプロセスにフォーカスしているため、各プロセスにおける製造条件と結果としてえら れる充放電特性との関連を、連鎖的に予測することが困難となっています。

　当社では、正極活物質形状を考慮したスラリー乾燥モデル、プレスによる変形・応力モデル、電気化学に基づく充放電モデルを連結することで、乾燥・プ レス条件から電極構造の定性的予測を可能とする技術を開発しました。本セミナーでは、はじめにリチウムイオン電池の製造プロセスに関するシミュレーション技術を概観し、開発したスラリー乾燥・プレス・充放電の連結モデルについて解説させていただきます。

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　リチウムイオン二次電池（LIB）は携帯電話などの モバイル機器での利用に加えて、近年ではカーボンニュートラ ルといった環境保護の観点から、車両電動化への利用が急速に進められています。そのため、車載用LIB市場は急拡大すると予想されます。また、需要が拡大する電池材料に対し て、鉱物資源は産出国が限定しているため、主要原料 （Li、Ni、Co、黒鉛）を海外から輸入している日本を含め、各国ともに資源確保が急務となっています。そのような状況で特定国への依存に対するリスクの低減、鉱山開発による環境破壊の抑制のため、電池のリサイクルによる資源の確保も進められています。

　国内においては、経済産業省の蓄電池産業戦略において、2030年までに、蓄電池・材料の国内製造基盤 150GWh/年の確立と資源確保およびサステナビリティ確保のためのリサイクルシステムの確立を目標とする計画を示し、官民が協力した国際競争力の強化が進められています。一方、欧州では欧州委員会が2020年に発表、2023年に発効された電池規則において、リサイクル材の使用が求められており、世界中の電池メーカーおよび各種製品のメーカーと電池のリサイクル業者（以降、リサイクラーと記載）の各社が、バッテリーtoバッテリーの資源循環を目指し、リサイクルに関する技術開発や事業化を進めています。 本セミナーでは、電池材料の資源確保および環境保護のために注目されているLIBのリサイクルについて、欧州電池規則とリサイクラーが現在運用・検討を進めているリサイクルの処理プロセスに触れたのち、処理プロセスの技術開発に対する当社の取り組みを紹介させていただきます。

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　X線吸収微細構造（XAFS）は、試料の形態や結晶性によらず元素選択的に着目する元素の価数や化学的な状態を分析することが可能になっています。軟X線は低エネルギー領域のX線を指し、軽元素の分析に対して有用である一方で、透過能が低く大気中でも減衰するため、真空下での測定が必要なため、二次電池において重要性の高いin-situ測定への適応は困難でした。

　そこで、当社では、1keV以上の軟X線領域において、in-situ測定が可能なセルの開発を進めてきました。

　本セミナーでは、近年次世代電池として注目されているLiS電池におけるS正極の充放電時の状態変化を分析した事例について紹介させていただきます。

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　車両電動化ニーズの高まりにより、車載用二次電池では高容量化による航続距離増大、急速充電によ る充電時間の短時間化といった課題への対応が急務になっており、液系リチウムイオン電池の改良や、 電解質を固体化した全固体電池の開発が活発となっている。

　これら開発された電池が狙い通り機能しているかを確認するため、充放電特性や交流インピーダンスなどの電気化学的な手法によるセル評価のほか、解体した後に電子顕微鏡観察に代表される物理解析、化学分析なども用いられている。

　二次電池の電極は活物質、導電助剤、バインダー、電解質と、複数の素材を混合し作製されている。そのため、たとえば活物質粒子一つの反応性や、活物質-導電助剤の界面形成状態など、電池特性はナノ･ミクロ領域の現象が複雑に重なり合って発現し、そのメカニズムの解明には難しさがともなう。当社では、これらのメカニズム解明に寄与するため、前述の評価手法をさらに拡充するナノ･マイクロプロービング法をもちいた評価技術を提案している。本セミナーではその一例を紹介させていただきます。

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　リチウムイオン電池LIB（Li-ion battery）の高エネルギー密度化、大容量化にともない、車載用バッテリの安全性の向上がより重要となっています。 車載用バッテリの安全性評価の重要性は世界規模で高まっており、国連協定規則（UN Regulation） などでも安全要求が規定されています。そのなかでも、近年注目される安全要件として、熱連鎖対策があります。

　熱連鎖は、「組電池（複数の単電池を組んだもの）において一部の電池が熱暴走（電池が異常発熱し制御が効かなくなる現象）した際に、その熱暴走現象が隣接セルに伝搬する現象」を指しています。これを原因とする EV火災など危険事象への対応がEVの安全性に関する世界統一基準GTR-20（Global technical regulation No.20）2）において規定されています。一方、熱連鎖対策の評価（熱連鎖試験）は、熱暴走の発生方法や評価方法に議論があるほか、試験場の確保や作業員の安全対策、計画から電池の廃棄までに費やすコストや時間が課題となっています。

　これらの課題を軽減する方策として、CAE解析（Computer aided engineering）による熱連鎖シミュレーションの適用が進められています。熱連鎖シミュレーションは断熱材などの評価を効率的におこなえる手段である一方、複雑な反応である熱暴走やそれに起因する熱連鎖を高精度に予測することは難度が高く、実測データをもちいて、いかに実現象に則したモデル構築をおこなうかが課題となっています。 本セミナーでは、熱連鎖シミュレーションの精度向上を目的に、重要なパラメータである発生ガス流量の測定手法について検討をおこない、発生ガスが熱連鎖におよぼす影響を実験的に検証した結果に関して紹介させていただきます。

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　リチウムイオン電池は、高いエネルギー密度を持ち、かつ長期間の使用が可能であるため、携帯電話 や電気自動車など幅広い用途に使用されています。一方、過充電、高温、衝撃などの状況下では異常発熱を起こし、周囲への熱伝搬や発生ガスの発火に至る(いわゆる、「熱暴走現象」)ことも報告されています。そのため、電池セルやモジュールは安全性を考慮した慎重な設計が必要とされています。これまで、当社では、数値シミュレーションをもちいたリチウムイオン電池セルの熱暴走やモジュールの熱連鎖予測技術を開発し、設計へのフィードバック方法などを提案しています。しかしながら、実験的な困難さから、発生ガスの挙動や熱連鎖への影響の検証は必ずしも十分ではありませんでした。本セミナーでは、最近技術確立したガス流量計測を含む熱連鎖試験を対象に、ガス発生を含むリチウムイオン電池の熱暴走・熱連鎖モデルの検証を行った事例を紹介させていただきます。

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　EV車両の衝突事故において、車両の変形だけでなく車載用バッテリーにも変形がおよんだ場合、バッテリー内での短絡の発生により急速な発熱・発火が生じる危険性があります。このような現象をシミュレーションで予測する技術は、EV車両の構造設計において有用であると考えられます。

　本セミナーでは、当社で実施したEV車両のベンチマーク調査の際に取得した海外製EV車両の3Dスキャンデータを用いて、CAE(Computer Aided Engineering)モデル化した車載バッテリーパックの衝突安全・電池安全性連成シミュレーションと、その結果より衝撃圧壊と電池熱暴走条件との関係を考察した事例を紹介させていただきます。