2021 Fiscal Year Annual Research Report
リチウムイオン電池の低温低周波領域の交流インピーダンスに基づく動作特性モデル構築
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19K04333
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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) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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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 / 動作特性モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，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特性を低温低周波領域も含めた幅広い条件で測定し，それを用いてより汎用性の高い電池の動作特性モデルを構築することを目的として，2019年度から2021年度までの3年間で実施した．
2019年度は，まず，0℃から-20℃の低温条件で電池の電気化学インピーダンス特性の測定を行った．さらに，低周波領域の電気化学インピーダンス特性の測定に関して，その算出精度が飛躍的に向上するタイムドメイン同定法を新たに提案・開発し，氷点下の低温を含む種々の条件で低周波領域の電気化学インピーダンス特性の測定を行った．
2020年度は，まず，電池の電気化学インピーダンス特性の高周波領域には緩和時間分布（DRT）法を，一方低周波領域には本研究で新たに開発した拡散時間分布（DDT）法を適用して電気化学インピーダンス特性の特性周波数を抽出し，その情報を利用したフィッティングを行うことにより，インピーダンスを電池内の各素過程に分離する手法を確立した．さらに，分離された素過程ごとのインピーダンスの温度および充電状態依存性を検討し，それらの抵抗成分の温度依存性はアレニウスの式に従うことを明らかにした．
2021年度は，まず，これまでの研究により得られたインピーダンスの素過程分離の結果を利用して，リチウムイオン電池の高周波領域から低周波領域までの全体の動作を模擬することができる等価回路の作成手法を確立した．次に，その回路中の電荷移動および拡散抵抗がアレニウスの式に従うことを利用して，低温での電気化学インピーダンス特性の測定結果から常温までの幅広い範囲での電気化学インピーダンス特性を推定することができる手法を確立した．さらに，その推定手法を従来からの動作特性モデルに組み込むことにより，より汎用性の高いリチウムイオン電池の動作特性モデルの構築に成功した．
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