超微小電極を用いたアドバンストバッテリーの安全性評価

• Project/Area Number: 20651044
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Social systems engineering/Safety system
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 立花 和宏 Yamagata University, 大学院・理工学研究科, 准教授 (50241724)
• Project Period (FY): 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2008: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
• Keywords: リチウム電池 / 内部短絡 / 発火事故 / 安全性評価 / マイクロ電極

Research Abstract

本研究ではリチウム二次電池の発火・爆発事故の安全性評価を危険な実電池を用いずに超微小電極を用いた装置を開発した。これは超微小電極を擬似金属片異物とし、内部短絡状態を制御した状態で観察評価を行える測定システムであり、赤外線カメラは1℃程度の温度変化を高感度に検出できることを確認した。これにより、従来の釘刺し試験では確認できない発火・爆発に至る現象をより実際の発火・爆発事故に近い状況および安全に評価することが可能となる。
その結果発火・爆発に至る機構は、金属片異物による局所的内部短絡に端を発し、(1)発熱がセパレータの熱収縮と開孔部の拡大を誘発、(2)短絡面積の増大と短絡電流の増大という初期循環を繰り返し、短絡部がある温度(170℃)以上になると、(3)満充電の正極活物質が不均一分解して酸素を発生(発熱反応)、(4)正極で発生した酸素が負極活物質の急激な酸化を誘発(発熱友応)という急激な加速反応を発生し、発火・爆発に至るものと推測できた。
そして<1>炭素誘電助剤が不動態表面に点欠陥を生成し、この点欠陥に電流集中が起こることにより電流が流れる、<2>炭素導電助剤の点欠陥生成機能は正極活物質に作用し、正極活物質の反応可逆性を向上させるという結論に達した。
このことから超微小電極を用いた評価方法はより現実に近い状況を模擬でき、リチウムイオン二次電池における安全評価への有用性があると言える。しかし研究機関内に内部短絡を誘発する異物がAl、Fe、Niのどれなのか特定できずにいるため、今後早急に原因物質の特定を明らかにする必要がある。
また今後はHEVやEV用電池の安全確認法に関しての新規評価法となることが課題となり、学会、論文等で研究結果の公表を行う予定である。