| 研究課題/領域番号 |
16K05989
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| 研究機関 | 東京都市大学 |
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研究代表者 |
大塚 年久 東京都市大学, 工学部, 教授 (40233176)
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| 研究分担者 |
岸本 喜直 東京都市大学, 工学部, 講師 (20581789)
小林 志好 東京都市大学, 工学部, 准教授 (90295014)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 機械材料・材料力学 / 損傷力学 / 熱サイクル疲労 / マルチフィジックス / マルチスケール / 積層構造 / 薄板構造 / 二次電池 |
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| 研究実績の概要 |
試験片となるリチウムイオン電池の負極板（母材が銅箔，電極材がカーボン）を作製した．荷重制御下における疲労試験の試験条件となる，試験片に負荷する荷重の大きさと荷重の変動速度を決定するため，電極材の厚さを種々に与えた試験片に対して，単軸引張試験を行った．試験片の作製にあたっては，母材の片面の一部に電極材を塗布し，電極材の塗布部とは反対側の面と，電極が塗布されていない母材の両面にそれぞれ銅用のひずみゲージを貼付した．引張試験機に試験片を取り付け，変位を制御しながら，試験片を一方向に引っ張った．試験中，引張試験機により試験片に負荷されている荷重を，ひずみゲージにより母材のひずみを，デジタルビデオカメラにより試験片の電極材の様相をそれぞれ記録した．引張試験の結果から，以下の知見が得られた．負荷荷重の増加に伴って，母材のひずみは増加し，ひずみが約０．２％を超えると，荷重の増分に対するひずみ増分が急激に大きくなる塑性域に入った．母材が塑性域に入った後，さらにひずみを増加させていくと，電極材にき裂が発生した．き裂発生前後の電極材の様相から，まず電極材が母材から局所的にはく離し，母材との接着面とは反対側にやや膨らんだ後，き裂が生じていた．き裂の発生前に電極材が膨らんだのは，母材が塑性域に入っていたことから，母材のポアソン比がほぼ０．５となっており，母材の横ひずみが，電極材の横ひずみよりも大きかったことに起因していたと推察された．本引張試験の範囲内では，上記の試験結果に対する電極材の厚さおよび荷重の増加速度の違いによる影響はほとんどみられなかったので，疲労試験を実施する際にも，電極材の厚さおよび荷重の変動速度の影響は大きくはないと予測された．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
十分な試験データを得ることのできる試験片が作製できるまでに，さまざまな検討を行ったことで時間を要したため，当初予定していた疲労試験の平成２８年度内の実施には至らなかった．
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| 今後の研究の推進方策 |
十分な試験データを得ることのできる試験片を作製できるノウハウを構築し，疲労試験の条件を決定できたので，当初計画にしたがい，疲労試験を実施する．平成２８年度の結果から，電極材の様相の変化は，負荷荷重よりも母材に与えたひずみに対して顕著な傾向がみられたので，ひずみ制御を念頭においた試験装置を設計・製作することにする．試験装置の製作後，ひずみ制御による疲労試験によって繰り返し負荷に対する電極材の基礎データを得る．また，温度制御下による疲労試験の実施にあたって，種々の温度下で疲労試験を行い，試験片の疲労特性の温度依存性を調べる．疲労試験と並行して，試験結果の妥当性を検証するための有限要素解析を行う．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
疲労試験について，平成２８年度は試験片の基礎的な挙動の確認と試験条件の決定に留まった．今年度中，物品費の一部を単軸引張試験用のひずみゲージ等の測定機材および試験片の材料購入費に充てたが，本試験用の試験装置の備品および試験片材料の購入までには至らなかった．旅費についても，国内で行われた国際会議の参加費用の使用に留まったため，当初の予定よりも低支出となった．
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成２８年度分の物品費は平成２９年度分と合わせて，次年度に実施を予定している疲労試験の試験装置の備品および試験片の材料費に使用する．平成２８年度分の旅費についても，平成２９年度分と合わせて旅費として使用する予定である．
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