リチウムイオン電池の電池設計シートの作り方【解説のみ版】

こんにちは。

早速ですが「このnoteの概要」「このnoteを記載することに至った理由」「おすすめの方、おすすめできない方」について解説していきます。

このnoteを作成した背景

いまではリチウムイオン電池は「スマホ」「モバイルバッテリー」「電気自動車」など多くの製品に使用されています。そして、リチウムイオン電池の簡単な構成や動作原理について書かれた書籍やネット上の情報は徐々に増えつつあります。

しかし、リチウムイオン電池を設計する時の詳細な手順や方法が書かれた情報は私が知る限りありません。そして、電池関連メーカーに勤めている技術職の方であっても、電池設計を担当した経験がない限り「リチウムイオン電池の詳細な電池設計のやり方」「電池設計シートの作り方(後に概要を解説)」を理解していないことがほとんどです。

例えば、あなたがリチウムイオン電池の正極材、負極材、電解液、セパレータなどの要素技術の研究開発に携わっているかもしれません。もしくは、電池メーカーの技術職として勤務していても、関連業務に従事しているものの電池設計を行ったことが無い場合もあるでしょう。

このように電池設計の考え方を理解していないと「材料が電池に使われたときの具体的なイメージができない」「電池のことは理解していないが工場のオペレーションなどの関連業務をただこなしている」などという状況に陥ることがあります。

すると、「高性能な電池材料の開発ができない」「電池について良くわからないため、業務があまり面白くない」ケースに結びつくことがあります。

もちろん、人によっては「材料の研究だけ行えていればいい」「とりあえず電池関連の作業に関われていればいい」という方もいます。ただ、電池設計の考え方を学び、電池設計の視点から考えた材料設計や評価・分析などができるようになれば、あなたの研究開発や評価・分析の技術を高めやすくなります。

結果として、会社からの評価が高まり、早くに出世できたり、自己肯定感を上げたりできるわけです

さらに、何より電池設計の概念、電池設計シートの作り方を知っているだけで、「毎日の電池関連の仕事の楽しさが上がる」というメリットが得られます

私の場合は、電池設計の概念や設計シートの作成方法を学んだことによって、「毎日の業務がより楽しく、より有意義なもの」となりました。

このような経験から、電池設計担当者はもちろんのこと、担当でなくても電池関連の仕事に携わる方は、一度電池設計の概念や電池設計シートの作成方法を学ぶことをおすすめします。電池関連メーカーの新人研修の資料に使用しても、大いに役立つでしょう。

このような思いのもと、電池設計シートをExcelで作る方法のnoteを作成しました。

このnoteの概要

このnoteではリチウムイオン電池の電池設計シートをエクセルで作る方法について解説しています。

電池設計シートとは、電池の構成材料、組成、電極の厚みなどの各パラメータを指定したときに、「その電池の容量や厚み」などの理論値を計算するためのデータシートといえます。

そして、このnoteではエクセルで電池設計シートを作る方法(電池の理論容量世量、厚み、電解液量の設計方法などがわかる)の詳細を解説しています。

電池設計シートの中身については以下のURLで、数ページ見ることができるので参考にしてみてください。

また、この【解説のみ版】では、EXCELデータは付属していません。EXCELデータも欲しい方は、別途noteの【電池設計シート EXCELデータ送付版】も併せてご購入ください。データシートを活用すればすぐに電池設計や容量、厚みの計算などに使用することができます。

なお、リチウムイオン電池の構成材料やその電極の形状などには種類がさまざまありますが、ここでは徐々に普及しつつあるLiFeバッテリー(一般的には正極材にリン酸鉄リチウム、負極材に黒鉛使用のリチウムイオン電池)の電池設計シートを作成方法に絞っています。

また、電極の種類として「正極は溶剤系、負極は水系」という一般的な電極を使用するとします。同時に、エレメント(電極とセパレータを一体にしたもの)の作製方法に捲回式と積層式タイプがありますが、ここでは積層式タイプの設計シートの作り方を解説しています。もちろん、考え方を応用すればご自身で捲回式での設計シートにカスタマイズさせることもできます。

さらに、電池の形状にも種類がいくつかありますが、ここでは外装材にアルミラミネートを使用したラミネート型電池(ラミネートセル)としての電池設計シートの作り方の解説を行っていきます。


おすすめの方

このnoteは以下の項目が当てはまる方におすすめです。

・電池設計初心者の方

・電池設計に関わる予定のある方

・電池の構成材料、評価・分析に関わっており、電池設計に興味ある方

・電池関連メーカーの企業での研修として使用したい方

・学生などで電池メーカーなど電池に関わる職に就きたいと思っている方


おすすめできない方

なお、電池設計に興味の無い方や電池設計の概要について理解している方は、購入を控えていただきたく思います。

「電池についてもっと知りたい」「自分が将来電池関係の技術者になって世の中をより良くしたい」といった、電池技術のことが好きな方に読んでほしいという気持ちもあるためです。


補足

なお、改めて記載しますが、このnoteは【解説のみ版】です。Excelデータはこのnoteで付属していません。

この【解説のみ版】閲覧後にやはりEXCELデータも欲しいと感じた場合は【EXCELデータ送付版】のご購入にて対応させていただきます。

【EXCELデータ送付版】の購入をされた方は、おそれいりますが当サイトのお問い合わせ先snowhope888◎gmail.com(◎を@にご変更)にnoteご購入のスクリーンショット添付の上、ご連絡のほどお願いいたします。別途、Excelファイルを送付させて頂きます。

以下の本noteno目次を確認していきます。

目次

1.正極の設計
1-1. 正極合剤の組成の決定
1-2. 正極の容量と厚みの設計
1-2-1.正極活物質の理論容量と不可逆容量の決定
1-2-2.正極合剤の塗工質量の決定
1-2-3.単位面積あたりの電気量の設計
1-2-4.合剤の塗布面積と電極一枚あたりの電気量の設計
1-2-5.正極の厚みの設計

2.負極の設計
2-1. 負極合剤の組成の決定
2-2. 負極の利用容量と厚みの決定
2-2-1. 負極活物質の利用容量と不可逆容量の決定
2-2-1-1.利用容量、不可逆容量の考え方
2-2-1-2.利用容量、不可逆容量の設計
2-2-2. 負極極合剤の塗工質量の設計
2-2-3.負極の厚みの設計

3.エレメントの設計
3-1. セパレータの設計
3-1-1. セパレータの厚みの設計の考え方
3-1-2. セパレータの厚みの決定
3-2. エレメントを構成する電極枚数、セルを構成するエレメントの設計
3-2-1. 電極やセパレータの枚数、エレメント数の設計の考え方
3-2-2. 電極やセパレータの枚数、エレメント数の決定
3-2-3. エレメントあたりの容量設計

4.セルの設計
4-1.セルの容量の設計
4-2.セルの厚みの設計

5.電解液量の設計
5-1.電解液量の設計の考え方(電極やセパレータの空孔との関係)
5-2.電解液量の設計

6.まとめ

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リチウムイオン電池の電池設計シートの作り方【解説のみ版】

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