2021 Fiscal Year Annual Research Report
Dependence of inhomogeneous cathode reaction on charge/discharge conditions
Project/Area Number |
18K05305
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Research Institution | Ritsumeikan University |
Principal Investigator |
片山 真祥 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 准教授 (90469198)
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Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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Keywords | 反応分布 / 温度 / 充放電レート / 電解液濃度 |
Outline of Annual Research Achievements |
リチウムイオン電池正極の反応分布が充放電環境にどのように依存するのか、放射光イメージングXAFS法を用いた解析を行った。イメージングXAFS法は電極の充放電状態を電池を解体することなく解析することが可能な非破壊分析手法である。実験は立命館大学SRセンターBL-4で実施した。活物質にリン酸鉄リチウムを用いた電極面内に電子伝導の不均一性に起因する反応分布が発生する正極を解析対象とした。放電時の温度および放電レート、電池に含まれる電解液のリチウムイオン濃度を変数とし、 放電過程の化学状態分布をFe K吸収端XANESスペクトルから見積もった。反応分布の不均一性を評価するために、電極全面について吸収端エネルギーの値を求め、そのヒストグラムおよび分散を評価した。結果、放電時の温度が高く、放電レートが大きいほど、電極面内分布の不均一性が増大することが明らかになった。また、電解液の濃度が高い場合には、不均一が強調される傾向が見られた。放電反応が進行する際に反応が先行する領域ではリチウムイオン濃度が低下し、電解液中に濃度勾配が発生する。濃度勾配の程度および拡散による解消が電解液濃度・温度により変化することが、反応分布の違いを生み出す原因と考えられる。すなわち、電解液中の拡散現象が電極内の電子伝導性に加えて、正極反応の反応分布に影響していることを示している。温度および充放電レートは二次電池の使用時に変化する条件であるため、本研究で明らかになった反応分布への影響は電池性能の向上、安全性確保に重要な知見である。
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Research Products
(2 results)