2022 Fiscal Year Annual Research Report
交流インピーダンス法による使用履歴不明なLiイオン電池向け劣化診断技術の開発
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20K14729
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| Research Institution | Japan Automobile Research Institute |
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Principal Investigator |
安藤 慧佑 一般財団法人日本自動車研究所, 環境研究部, 研究員 (80866161)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | リチウムイオン電池 / インピーダンス測定 / 劣化診断 / 拡散過電圧 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
環境問題に対する意識の高まりから，リチウムイオン電池（LIB）を搭載した電気自動車の普及が進められているが，課題の一つとして車載LIBの劣化による航続距離の低下がある．車載LIBはその使用環境・方法が様々であることから，中古車両の残存性能評価には，車載LIBの性能低下（容量減少・出力低下）を個々に診断する必要がある．本研究では，LIBにおける高精度で実用的な劣化診断技術を開発するために，LIBの劣化による容量減少とインピーダンス変化の関係を解明することを目的とした．
今年度は，LIBの劣化要因の一つである活物質の劣化がインピーダンス変化に及ぼす影響を調査するために，電池性能シミュレーターを用いて，活物質の特性（交換電流密度および粒子内イオン拡散係数）と応答過電圧の関係を評価した．具体的には，電池性能シミュレーターはBattery Design Studio（Newmanモデル）を用いて，活物質粒子（LiNi0.8Co0.15Al0.05O2）のイオン拡散係数（5×10^-5, 5×10^-6, 5×10^-7, 5×10^-8, 5×10^-9, 5×10^-10, 5×10^-11 (cm^2 S)），交換電流密度（1×10^-2, 1×10^-3, 1×10^-4 (A/cm^2），粒径（5, 10, 15, 20 (μm)）をパラメータにハーフセルモデルを作成した．そのモデルに対し，様々な電流で通電試験（1s充電、2s休止、1s放電）を行い，最後の放電状態の電圧からTafel解析を行なった結果，以下の知見を得た．
・拡散係数が小さいと，1s通電でも過電圧の原因になるため，Tafelプロットが曲がる
・交換電流密度が小さいと，拡散係数の小ささが影響しにくい
・粒子が小さいと，拡散係数の小ささが影響しにくくなる
以上の結果を元に，劣化診断時のインピーダンス周波数を選定していく．
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