2014 Fiscal Year Research-status Report
リチウムイオン二次電池の余寿命予測とリユースのための２変量寿命分布解析の応用
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26350472
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| Research Institution | 独立行政法人高齢・障害・求職者雇用支援機構職業能力開発総合大学校(能力開発院、基盤整備センター) |
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Principal Investigator |
横川 慎二 独立行政法人高齢・障害・求職者雇用支援機構職業能力開発総合大学校(能力開発院、基, その他部局等, 准教授 (40718532)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | リチウムイオン二次電池 / 信頼性 / 二変量ストレス / 劣化 / タイムスケール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
第一に、充放電回数と保存時間（充電したままの停止時間）の２変量ストレスの寄与、及びそれらの相関を検証する信頼性試験方法の開発を行った
市販の充放電試験機とリチウムイオン二次電池を用いて、放電時間と充電時間に関する試験を行い、充放電におけるストレスを示す尺度の検討を行った。温度制御下の恒温槽内に保持したサンプルに対して、PC制御された充放電装置を用いた連続充放電サイクル試験を実施した。その結果、活物質の相対的な劣化と、電極抵抗成分の増加を反映しているものと思われる特性劣化が観測された。充放電回数を基にした従来の単独物理メカニズムによるモデルは、これらの劣化を説明するタイムスケールとして相応しくないことを見出した。
第二に、信頼性試験前後のサンプルを用いた故障解析を行い、充放電による容量劣化のメカニズムとして、前述の活物質の劣化と電極抵抗成分の増加を示す物理化学的変化が生じていることを確認した。これらのメカニズムは、充放電に伴う電荷の移動で生じているものであるため、１回の充放電サイクルで出入りした電荷の量によって説明されるものと考えられる。
以上の結果に基づき、充放電サイクルによる劣化を説明するタイムスケールとしては、充放電回数そのものではなく、累積充電容量、もしくは累積放電容量が妥当であることが見出された。そこで、累積放電容量に関するべき乗則、温度依存性に関するアレニウス則を組み合わせたモデルを用いて観測結果へのフィッティングを行ったところ良好な結果が見られた。すなわち、電荷の出入りによる劣化を説明する累積放電容量と、電荷の保持による劣化を説明する保存時間の２変量ストレスによる信頼度予測が有効と予想される。
以上の結果を、職業大フォーラム、日本信頼性学会H26年度秋季シンポジウム、電気通信大学情報システム学研究科シンポジウムなどの研究会、学会にて発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
多数サンプル試験用装置の導入がH26年12月、稼働がH27年2月となったため、H26年度に予定していた放電時間と充電時間に関する二元配置信頼性試験は完了していない。ただし、それ以前に実施した少数サンプルでの結果から、平均的挙動に関するモデル化を完了している。H27年度に多数サンプル試験を実施し、モデルの妥当性確認と信頼度予測法の開発を並行して行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに得られた知見を反映し、累積放電容量と保存時間のクロス実験を計画する。その実施の際には、２変量ストレス空間において異なる経路を辿って同一のストレス量に到達したサンプルの劣化状況を、劣化特性分布と物理化学的な故障解析結果の両面から評価し、２変量の相関について検討、モデル化する。
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| Causes of Carryover |
物品（充放電試験装置）の納入に際して入札を行ったため金額に変更が生じ、その費用をもって物理解析委託費を拡充した。その際に生じた予算との差額が28,020円である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28,020円をH27年度の物理解析委託費に繰り込み、実験の拡充に充てる。
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