リチウムイオン電池の電気化学インピーダンスを用いた非破壊詳細劣化状態診断法の確立
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22K04072
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
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Principal Investigator |
乾 義尚 滋賀県立大学, 工学部, 教授 (70168425)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平山 智士 滋賀県立大学, 工学部, 講師 (70759274)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | 電力工学 / 電力貯蔵 / 二次電池 / リチウムイオン電池 / 非破壊検査 / 劣化診断 / 電気化学インピーダンス / 非破壊劣化診断 |
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| Outline of Research at the Start |
リチウムイオン電池を対象として，まず，負極材料は同じであるが正極材料が異なる2種類の電池を作製し，両電池の電気化学インピーダンスを測定する．次に，両電池の電気化学インピーダンスを素過程に分離し，それらの比較検討により，それらが電池内のどの素過程に起因するものであるのかを同定する．さらに，複数種類の電池を種々の条件で繰り返し充放電を行い，劣化状態が互いに異なる多数の劣化電池を調製する．最後に，全ての劣化電池の電気化学インピーダンスを測定し，劣化の進行にともなうインピーダンス変化を素過程ごとに総合的に検討して，非破壊の詳細劣化状態診断手法を確立する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究目的は，リチウムイオン電池を対象として，その電気化学インピーダンスの各素過程が正負どちらの電極のどの素過程に起因するものであるのかを同定し，同定結果を用いて非破壊の詳細劣化状態診断手法を確立することである．具体的には，(1) 負極材料は同じであるが，正極材料が異なる2種類の電池を作製し，両電池の電気化学インピーダンスの測定，(2) 両電池の電気化学インピーダンスの測定結果を6個の素過程に分離し，それらの比較検討により，それらが電池内のどの素過程に起因するものであるのかの同定，(3) 複数種類の電池をそれぞれ多数個準備し，種々の条件で繰り返し充放電を行い，劣化状態が互いに異なる多数の劣化電池の調製，(4) 全ての劣化電池の電気化学インピーダンスを測定し，劣化の進行にともなう電気化学インピーダンスの変化を素過程ごとに総合的に検討して，非破壊の詳細劣化状態診断手法の確立，の4項目である．2022年度は，上記の研究目的のうちの(1)および(2)の前半部を遂行した．まず，電極材料が，負極がグラファイトで共通で，正極がNMC（ニッケル・マンガン・コバルト）系とNCA（ニッケル・コバルト・アルミニウム）系の2種類のリチウムイオン電池を試験電池のメーカーに特注して作製した．さらに，特注した電池および市販電池について，電気化学インピーダンスを測定し，それらの測定結果に対して，中周波数領域にはDRT（緩和時間分布）法を，低周波数領域にはDDT（拡散時間分布）法を適用した素過程分離を試み，中周波数領域に4個と低周波数領域に2個の合計6個の素過程に分離することに成功した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2022年度は本助成研究の1年目であり，当初計画では，リチウムイオン電池を研究対象として，(1) 負極材料は同じであるが，正極材料が異なる2種類の電池を作製し，両電池の電気化学インピーダンスの測定，(2) 両電池の電気化学インピーダンスの測定結果を6個の素過程に分離し，それらの比較検討により，それらが電池内のどの素過程に起因するものであるのかの同定，の2項目の研究を行うこととされていた．それに対して，まず，計画通りに正極材料が異なる2種類の電池を作製し，作製した両電池とそれらに加えて市販電池の電気化学インピーダンスの測定を実施した．さらに，それらの測定結果に対して，DRT法とDDT法を適用した素過程分離を試み，中周波数領域に4個と低周波数領域に2個の合計6個の素過程に分離することに成功した．中周波数領域の4個の素過程が電池内のどの素過程に起因するものであるのかの同定については，まだ確定しきれれていない部分も残されているが，それ以外は当初計画を遂行できており，本助成研究はおおむね順調に進展しているものと判断している．
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| Strategy for Future Research Activity |
2023～2024年度の研究計画は以下の通りである．まず，測定結果の精査と文献調査を実施することにより，当初計画のうちの(2)で残されている，中周波数領域の4個の素過程が電池内のどの素過程に起因するものであるのかの同定を完了させる予定である．その後は，当初計画の残存部分である，(3) 複数種類の電池をそれぞれ多数個準備し，種々の条件で繰り返し充放電を行い，劣化状態が互いに異なる多数の劣化電池の調製，(4) 全ての劣化電池の電気化学インピーダンスを測定し，劣化の進行にともなう電気化学インピーダンスの変化を素過程ごとに総合的に検討して，非破壊の詳細劣化状態診断手法の確立，の2項目を遂行する予定である．実際に劣化させる電池としては，2022年度に作製した2種類の電池だけでは結果の汎用性に問題があるため，市販の電池も複数種類追加する予定である．全ての劣化電池の容量と電気化学インピーダンスの測定後は，測定結果を用いて素過程分離と各素過程の同定を行い，劣化の時間進行を素過程ごとに定量的に数式モデル化する予定である．さらに，得られた結果を総合的に検討して，非破壊の詳細劣化状態診断手法を確立する予定である．なお，得られた診断手法の妥当性の確認にあたっては，電池の解体調査を適宜行うことも考えている．
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
