2014 Fiscal Year Research-status Report
リチウムイオン二次電池の劣化モードを考慮した非破壊の劣化評価・寿命推定手法の確立
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25420264
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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) |
池之上 卓己 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教 (00633538)
田中 正志 茨城大学, 工学部, 助教 (40583985)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | リチウムイオン二次電池 / 劣化評価 / 寿命推定 / 交流インピーダンス特性 / 起電力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リチウムイオン二次電池の劣化現象の解析・診断に関しては，メーカーサイドでは，劣化しにくい電池の開発を目的として，劣化電池の解体検査が広く行われており，ユーザーサイドでは，劣化電池を使いこなすことを目的として，非破壊検査による劣化度診断・寿命推定が主に行われている．これらのうち，非破壊検査による電池の劣化度診断・寿命推定に関しては，電池の劣化度を定電流放電容量の維持率として評価することが従来から一般的に行われてきた．しかし，電池の劣化には複数の現象が関与しているため，定電流放電容量という単一の指標だけでは正確な劣化度の診断は行えない．しかも，劣化電池を使いこなすためには，劣化電池に対する詳細な動作特性シミュレーション手法を開発しておくことが必要であるが，そのためには定電流放電容量の測定データだけでは明らかに情報不足である．以上の点を考慮して，本研究は，劣化電池の詳細な動作特性シミュレーションを行うのに必要な情報を提供することができる，電池の簡便ではあるが詳細な劣化度診断・寿命推定手法の開発を目的としている．
リチウムイオン二次電池の劣化に関する研究を行うためには，劣化の過程が既知で劣化レベルの異なる多数の劣化電池サンプルが必要不可欠である．しかし，劣化の過程がコントロールされた劣化電池は簡単には手に入らない．そこで，本研究では，平成25年度の1年間をかけて研究に必要なサイクルおよび保存劣化試験により劣化させた劣化電池を作成した．
平成26年度は，リチウムイオン二次電池の劣化にともなう交流インピーダンス特性と起電力の変化を詳細に測定し，それらを電池劣化の定量評価指標として用いる，新しい電池劣化プロセス評価手法を提案した．さらに，この評価手法により，電池の劣化を各劣化因子に分離して評価できるため，劣化因子が多数関わる実際の劣化プロセスの詳細な劣化評価が可能となることを示した．
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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
平成25年度の研究課題は「サイクル劣化および保存劣化試験による劣化したリチウムイオン二次電池サンプルの作成」で，当初予定は次の通りであった．まず，「① 劣化レベルの異なる多数のサイクル劣化したリチウムイオン二次電池サンプルの作成」として，電池に温度，充放電電流波形および充放電回数の条件を種々変化させたサイクル負荷を加え，多数のサイクル劣化電池のサンプルを作成する．さらに，「② 劣化レベルの異なる多数の保存劣化したリチウムイオン二次電池サンプルの作成」として，電池を温度，充電状態および保存期間を種々変化させた条件下で保存し，多数の保存劣化電池のサンプルを作成する．これらのうち，①については平成25年度中に予定通り完了し，②についても，平成26年度に一部ずれ込んだが，ほぼ予定通り完了した．
平成26年度の研究課題は「電池の実際の劣化プロセスに対して適用可能な非破壊の詳細な劣化モード解析手法の開発」で，当初予定は次の通りであった．まず，「① 劣化したリチウムイオン二次電池サンプルの交流インピーダンス特性と起電力の測定」として，前年度に作成しておいたサイクルおよび保存劣化したリチウムイオン二次電池サンプルの交流インピーダンス特性と起電力を測定する．さらに，「② 交流インピーダンス特性と起電力の測定に基づく非破壊劣化モード解析手法の開発」として，①の測定結果を詳細に解析することにより，電池の劣化度を質的に異なる劣化モードに定量的に分離して評価することが可能な非破壊の劣化モード解析手法を開発する．これらについても，平成26年度中に完了しており，各劣化因子にはそれぞれに固有の特性時間があり，それを利用して固有の周波数領域ごとに交流インピーダンス特性を分離すれば，電池の劣化を各劣化因子に分離して評価できることを明らかにした．
以上より，研究は順調に進展していると判断している．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究は，あと平成27年度の1年間を残すのみであるが，これまでの2年間順調に当初計画通り進展してきているので，この最終年度も当初計画通りに遂行していく予定である．
平成27年度の研究課題は「電池の高精度な劣化評価と寿命推定をより簡便な測定により行うことができる手法の確立」を予定している．まず，「① より簡便にリチウムイオン二次電池の劣化状態の推定が可能な試験手法と条件の考案」を行う．交流インピーダンス特性と開放電圧には大量の情報が含まれているが，実際の運用状態の電池でそれらを詳細に測定するのは困難である．そこで，平成26年度の研究で得られた知見をうまく利用して，より簡便にリチウムイオン二次電池の劣化状態推定が可能な試験手法を考案する．試験手法の簡便化の具体的方法としては，必要不可欠な最小限の周波数条件でのみインピーダンスの測定を行うことや必要不可欠な最小限の充電状態でのみ起電力の測定を行うこと等を考えている．引き続き，「② 劣化状態の推定結果に基づいて電池の高精度な劣化評価と寿命推定を行う手法の確立」を行い，本研究の目標を達成し，研究を終了する．具体的には，①で考案したより簡便な試験手法による劣化状態の推定結果に基づいて，劣化したリチウムイオン二次電池の詳細な動作特性シミュレーションを行うのに必要な情報を提供することができる，リチウムイオン二次電池の簡便ではあるが詳細な劣化評価・寿命推定手法を開発する．
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| Causes of Carryover |
これまでに受領した助成金は予定通りほぼ使い切ったが，年度末に残額を0円にするところまでは調整を行わなかったため，最終的に3416円というごくわずかな残額が発生した．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は，3416円とごくわずかであるので，次年度の消耗品購入の予算に組み入れて有効に活用する予定である．
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