電池の回収・リユース・リサイクルの動向 およびそのための評価・診断・認証

Trends in used battery remarketing and quality evaluation　～ from collection to reuse or recycle ～

第Ⅰ編
回収・リユース・リサイクルの動向
　　
第1章　電池のリユース，リサイクルと開発事例　　　　菅原 秀一
1　資源有効利用促進法（3R）ほか関係法令
　1.1　資源・環境関係法の相互関係と機能
　1.2　二次電池の3R と関連事項
　1.3　電池のリユースとリサイクル，関係法令（国内）
　1.4　リサイクルに関係する国内法全般
　1.5　リチウムイオン電池の再利用について，電池工業会（BAJ）
　1.6　自動車リサイクル法
　1.7　自動車リサイクル法とリチウムイオン電池
　1.8　電池サプライチェーン協議会（BASC）
　1.9　HEV 電池の買取制度のスタート
　1.10　リチウムイオン電池応用機器の回収と電池処理
　1.11　応用機器類と二次電池の回収，リサイクルと再資源化
2　EU指令（RoHS，WEEE，電池指令とREACH）
　2.1　EU指令，RoHS（特定有害物質使用制限），WEEE（電気電子廃棄物）とEU電池指令の概要
　2.2　EU電池指令 全般
　2.3　各国の登録化学品リスト（インベントリー）
　2.4　リチウムイオン電池の化学物質の諸規制（海外）
　2.5　REACH規制の項目（物質，調剤，成型品Article）
　2.6　REACHの区分と各国インベントリの決定
　2.7　REACHにおける対象物
3　廃棄とリサイクルに関する表示（マーキング）
　3.1　資源有効利用促進法
　3.2　電池工業会のマーキングガイドライン（1）
　3.3　電池工業会のマーキングガイドライン（2）
　3.4　ノートPC用交換電池のマーキング例
　3.5　マーキング多国籍例
4　各社の開発事例
　4.1　正極材の素原料　Co Ni，鉱石＞精錬＞・・＞合成
　4.2　二，三元系正極材の合成と素原料コスト
　4.3　参入企業の内訳とアクション
　　1.　自動車メーカー主導
　　2.　総合商社主導
　　3.　金属鉱山関係企業
　　4.　セメント，鉄鋼など大型炉設備系企業
　　5.　大手総合化学企業
　　6.　国家レベルのプロジェクト
　　7.　異業種からの新規参入
　4.4　廃電池ビジネス企業の動向
　　
第2章　廃電池のリサイクル，元素資源と正極材合成のリンク　　　　菅原 秀一
1　廃EV電池の発生経路と発生量試算
　1.1　廃EV電池の発生ルートと諸課題
　1.2　EV等の電池所要量と廃電池発生の試算
　1.3　中国の使用済み車載電池の排出予想
　1.4　使用済み廃電池数量
　1.5　EV電池リサイクル量と電池生産量
　1.6　電池（EVほか）　リサイクル量と電池生産量の予測
　1.7　EVなどの累積生産台数と総電池容量（推定）
　1.8　2020 EVの販売動向，累積台数
　1.9　xEVなどの過去（累積）生産台数（推定）
　1.10　EV乗用，EVバスの電池容量kWh（中国）
2　正極材の組成と合成（前駆体と化学プロセス）
　2.1　NMC三元，NCA二元正極材の合成
　2.2　NMC三元系正極材の液相（バッチ）合成反応
　2.3　NC二元系正極材，リチウム化と焼成ステップ
　2.4　廃リチウムイオン電池正極層の処理例（1）
　2.5　廃リチウムイオン電池正極層の処理例（2）
　2.6　強カチオン交換樹脂によるLi 他の捕集
　2.7　まとめ　EV等の廃電池の処理と資源リサイクル
3　正極材合成と元素資源のリサイクル循環
　3.1　廃電池処理のステップ（1）
　3.2　廃電池処理のステップ（2）
　3.3　廃リチウムイオン電池の処理方法（分類1）
　3.4　廃リチウムイオン電池の処理方法（分類2）
4　電池GWhあたりの元素資源量（NMCxyz）
　4.1　GWhあたり正負極材その他部材所要量（実際値）
　4.2　GWh あたりLiとCoの所要量（実際値）
　4.3　電池総量GWhに対するLi，Co，Mn所要量，NMC622（1）
　4.4　電池総量GWhに対するLi，Co，Mn所要量，NMC622（2）
　4.5　電池総量GWh あたりの重量（1,000kg／GWh）
　4.6　電池GWhあたりの元素資源量，NMC三元系正極材
　4.7　電池GWhあたりの元素資源量，算出過程と係数計算過程と数値データ
　4.8　元素資源と素原料の重量比（グラフ）
　4.9　元素資源と素原料の重量比（データ）
5　廃電池の放電処理の実例
　5.1　安全性試験後の廃セルの処理
　5.2　ラミネート型セルのガス膨張
　5.3　集電箔の分極曲線（1M LiPF6 EC／DEC＝ 1:1vol）
　5.4　廃電池無害化処理（1）
　5.5　廃電池無害化処理（2）
　5.6　放電処理後の負極，銅箔剥離
6　正極材の組成と電池の関係
　6.1　NCA二元系の組成とmAh／g容量（データ）
　6.2　三元系正極材の元素組成と表記
　6.3　二元，三元系正極材の組成とトレンド
　6.4　二元系正極材製品の特性事例
　6.5　三元系正極材製品の特性事例
7　電池を構成する材料と部材（重量と体積）
　7.1　120Ah，74Whセルの材料，部材の構成重量％
　7.2　20Ah，74Whセルの材料，部材の構成体積％
　7.3　GWhあたりの正負極材その他部材所要量パラメーター 電極面積cm2／Wh80（エネルギー設計），120（パワー設計）
8　追補
　8.1　追補 2022/11時点
　8.2　EVにおける正極材の変化とリサイクル，LFPの急進。
　　
第3章　特許公開から見た廃電池処理技術と解析　　　　菅原 秀一
1　国内公開特許と技術の動向
　1.1　廃リチウムイオン電池処理関係の特許（有価物限定）
　1.2　廃リチウムイオン電池処理関係の特許，全件数
　1.3　特許公開件数（分野別，企業別グラフ）
　1.4　廃電池の処理に関する特許公開件数（1）
　1.5　廃電池の処理に関する特許公開件数（2）
2　（参考）特許分類の詳細
　2.1　参考，主なプロセスと内容
　2.2　廃電池の処理に関する特許分類（1） IPC
　2.3　廃電池の処理に関する特許分類（2） IPC
　2.4　廃電池の処理に関する特許分類（3） IPC
　2.5　IPC H01M
　2.6　IPC C22B
　　
第Ⅱ編
電池のマネジメントと安全性・特性・寿命
　　
第1章　バッテリマネジメントシステムの基礎　　　　髙瀨 弘嗣
1　バッテリマネジメントシステムの構成と機能
　1.1　バッテリマネジメントシステムの構成
　1.2　バッテリマネジメントシステムの機能
　1.3　充電率（SOC）の算出方法
　1.4　健全度（SOH）の算出方法
　1.5　充放電制御
　1.6　バッテリ故障判定
2　バッテリマネジメントシステムの構成と機能
　2.1　バッテリマネジメントシステムの構成
　2.2　システム側電源との絶縁方法
　2.3　セルモニターユニットの機能
　2.4　セル電圧測定
　2.5　セル温度測定
　2.6　セルバランス制御
　　
第2章　HEV/EVにおけるバッテリー/エネルギー・マネジメント技術　　　　坂本 俊之
1　はじめに
2　太陽電池発電システムとの連携
3　おわりに
　　
第3章　リチウムイオン電池の安全性・特性・寿命劣化　　　　有馬 理仁
1　はじめに
2　リチウムイオン電池の安全性
　2.1　機械的安全性
　2.2　電気的安全性
　2.3　環境安全性
3　リチウムイオン電池の特性
　3.1　材料
　3.2　電気化学的性能
　3.3　発熱挙動
4　リチウムイオン電池の寿命劣化
　4.1　容量劣化
　4.2　出入力劣化
　4.3　効率劣化
5　おわりに
　　
第Ⅲ編
容量・インピーダンスの評価技術
　　
第1章　高精度充放電容量測定法　　　　山崎 温子，宮代 一
1　高精度充放電容量測定法の開発
　1.1　計測システム（ハード面）
　1.2　計測システム（ソフト面）
　1.3　測定データの取り扱い
　1.4　測定データの補正
2　高精度充放電容量測定法による測定結果の解釈
　2.1　測定データの特性解析例
　2.2　フロート試験
　2.3　レート試験
3　おわりに
　　
第2章　バッテリーマネジメントのためのインピーダンス測定　　　　立花 和宏，伊藤 智博，皆川 真規
1　はじめに
　1.1　モノの価値と保全
　1.2　状態監視保全とマネージメント
2　電池の基礎とインピーダンス
　2.1　バッテリーとセル
　2.2　電池の起電力と内部抵抗
　2.3　インピーダンスの概念
　2.4　電池の構造とインピーダンス
　2.5　材料物性値とインピーダンス
　2.6　ボードプロットとコールコールプロット
3　電池の状態監視におけるインピーダンスの応用
　3.1　インピーダンスの応用
　3.2　電流センサー
　3.3　組電池の電圧測定
　3.4　AD変換とDA変換
　3.5　電池の劣化とインピーダンス
　3.6　能動的制御とGPSを使ったモニタリング
4　インピーダンスと数学
　4.1　フーリエ変換の考え方
　4.2　フーリエ変換とそのファミリー
　4.3　離散変換とサンプリング
　4.4　数式処理ソフトの活用
5　電池のモデル作成
　5.1　電池の非線形性とインピーダンスの線形性
　5.2　等価回路を使った古典的アプローチによる解釈
　5.3　クラウドデータロガーとインピーダンスのビックデータ化
　5.4　機械学習とビッグデータを活用したモデルの構築
6　まとめ
　　
第Ⅳ編　劣化状態の診断技術
　　
第1章　放電曲線解析によるリチウムイオン電池の劣化要因診断　　　　本蔵 耕平
1　はじめに
2　放電曲線解析モデルについて
　2.1　開回路電圧曲線の解析
　2.2　内部抵抗曲線の解析
3　開回路電圧曲線と内部抵抗曲線の測定・解析方法
4　劣化診断への適用結果
　4.1　三元系正極と非晶質炭素負極を用いた LIB
　4.2　LCO正極と黒鉛負極を用いたLIB
　4.3　三元系正極と黒鉛負極を用いたLIB
5　電池容量と内部抵抗の予測について
　5.1　予測の手順
　5.2　予測結果
6　おわりに
　　
第2章　電池ライフサイクル管理における充電曲線解析技術の活用　　　　森田 朋和
1　はじめに
2　リチウムイオン電池の運用中の課題と使用済み電池のリユース・リサイクル
　2.1　使用中リチウムイオン電池の診断
　2.2　市販リチウムイオン電池の種類
　2.3　電池運用中の安全性低下メカニズム
3　充電曲線解析技術の特長とリユース電池の安全性評価
　3.1　充電曲線解析の原理と特長
　3.2　充電曲線解析を用いた電池安全性評価
　3.3　電池リユースにおける充電曲線解析技術の活用
4　おわりに
　　
第3章　過渡応答解析技術による電池の稼働時劣化診断　　　　長岡 直人
1　はじめに
2　電池のオフライン診断と稼働時診断
3　過渡現象を用いた稼働時劣化診断
　3.1　研究背景
　3.2　等価回路
　3.3　簡易稼働時診断
　3.4　稼働時診断
　　3.4.1　手法1
　　3.4.2　手法2
　　3.4.3　内部電圧モデル簡略化
　3.5　応用例
　　3.5.1　実測結果
　　3.5.2　実装例
4　おわりに
　　
第4章　再エネ導入によるCO2削減コスト低減に向けた効率劣化診断技術　　　　有馬 理仁
1　はじめに
2　リチウムイオン電池の効率劣化診断
　2.1　充放電曲線モデル式
　2.2　特性プロファイルの機械学習的推定
　2.3　拡張カルマンフィルタ
　2.4　充放電エネルギーの推定
3　クラウドバッテリーマネジメントにより想定される運用経済性向上効果
4　まとめ
　　
第5章　リユース前の劣化診断技術　　　　森　匠
1　はじめに
2　電池の性能指標
3　劣化診断技術
　3.1　Off-board での診断のための計測方法
　　（1）放電容量の直接計測
　　（2）全体ないし部分的な充放電計測
　　（3）線形応答の直接計測（線形応答，EIS）
　　（4）様々な波形による線形応答の推定
　　（5）非線形応答の計測
　3.2　最適な計測方法の検討
　3.3　データ解析手法
4　インピーダンスを用いた劣化診断の実例
5　おわりに
　　
第Ⅴ編　リユースおよび認証
　　
第1章　JETリユース電池認証について　　　　住谷 淳吉
1　一般財団法人 電気安全環境研究所の紹介
2　電池関係の認証スキーム
　2.1　定置用蓄電システム認証及びリチウムイオン電池認証の適用規格
　2.2　電池の部品認証
　2.3　系統連系保護装置認証と電池の部品認証との関係
　2.4　認証と試験との違い
3　リユース電池認証
　3.1　リユース電池認証の課題
　3.2　課題への対応の基本的な考え方
　3.3　リユース電池認証のスキームの概略
　3.4　全数検査の方法
　3.5　JETリユース電池認証の有効期間
4　おわりに
　　
第2章　電池駆動船舶の電池分解とEVへの再利用　　　　松尾　博
1　電池駆動船舶の開発
2　電池駆動船舶の電池分解
3　EVへの電池搭載
4　電池の再利用における注意点
　　
第Ⅵ編　各国の電池リユース事情
　　
第1章　世界のバッテリーリユースの業界動向　　　　初田 竜也
1　はじめに
2　世界におけるリユース利用とリサイクル利用の市場動向
3　世界におけるEV・PHEV・HEVの販売予測
4　使用済み車載LIBの廃棄量予測
5　リユース市場
6　中古EV・リユース電池の価格
7　国内の業界動向
8　課題
9　エネルギー貯蔵装置（ESS）用
　9.1　概要
　9.2　業界分析
10　企業動向
　①　東京電力パワーグリッド
　②　NExT-e Solutions
　③　豊田通商
　④　大阪ガス
　⑤　MIRAI-LABO
　⑥　Envision AESC Group
　⑦　OKIクロステック
　⑧　丸紅
　⑨　伊藤忠商事
　⑩　CONNEXX SYSTEMS
　⑪　タジマモーターコーポレーション
11　劣化診断
　11.1　概要
　11.2　SOC，SOH
　11.3　業界分析
　11.4　企業動向
　　①　東芝
　　②　三菱マテリアル
　　③　ケーヒン
　　④　東洋システム
　　⑤　アメテック
　　⑥　東京電設サービス
　　⑦　産業技術総合研究所
12　各国の動向分析
　12.1　中国
　　12.1.1　概要
　　12.1.2　政策動向
　　12.1.3　中国における使用済み車載LIB の廃棄量予測
　　12.1.4　動向分析（リユース）
　　12.1.5　流通面の課題
　　12.1.6　技術面の課題
　　12.1.7　企業動向
　　　①　傑成新能源
　　　②　中国鉄塔
　　　③　国家電網
　　　④　Shenzhen Pandpowe（PAND）
　12.2　欧州
　　12.2.1　EU電池規制案
　　12.2.2　動向分析
　12.3　韓国
　　12.3.1　動向分析
　　12.3.2　韓国産業通商資源部
　12.4　米国
　　12.4.1　概要
　　12.4.2　動向分析
　　12.4.3　米国エネルギー省（DOE）
13　自動車メーカーのビジネス戦略
　①　日産自動車
　②　フォーアールエナジー
　③　日産自動車，フォーアールエナジー
　④　トヨタ自動車
　⑤　Ford Motors
　⑥　GM
　⑦　Daimler
　⑧　Audi
　⑨　スズキ
　⑩　Volvo Cars
　⑪　BYD
　⑫　現代自動車グループ
　⑬　三菱自動車
　⑭　三菱ふそうトラック・バス