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

1

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）

4

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）

5

6

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

7

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

8

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。

9

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

10

菅総理大臣TMC（北九州工場視察）2010年8月28日

11

Benz S400 Blue HybridBMW 7 Active Hybrid

Renault EV

GM Volt

Tesla EV Roadster

Nissan LEAF

Plug in Prius

Mitsubishi I MievTh!nk city

12

2010年 ＣＥＡＴＥＣＥＶ／ＥＳ／Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ／３Ｄ／ＷｉＦｉ／Ｇａｍ

13

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

14

正極材料・負極材料の組み合わせ

出典；D.Aurbach International Batteries Seminar 2010 Florida

15

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

16

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

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

17

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

18

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

19

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）

20

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

21

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。

47

ご清聴有難う御座いました。

48