• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2023 年度 実績報告書

マルチスケールモデリングに基づく高容量二次電池電極の超高サイクル疲労損傷予測

研究課題

研究課題/領域番号 19K04078
研究機関東京都市大学

研究代表者

小林 志好  東京都市大学, 理工学部, 准教授 (90295014)

研究分担者 岸本 喜直  東京都市大学, 理工学部, 准教授 (20581789)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
キーワード機械材料・材料力学 / 疲労 / 二次電池 / マルチスケール / マルチフィジックス
研究実績の概要

研究期間全体を通じて,高容量二次電池の一つであるリチウムイオンバッテリーを対象に,その負極に対する平面曲げ疲労試験とマルチスケールシミュレーションを実施して,本予測手法の予測精度を明らかにすることを試みた.平面曲げ疲労試験では,専用の試験機と電極を製作して,電極に繰返し曲げ変形を与えた.試験中,ひずみゲージで基板のひずみを,カメラで活物質膜の巨視的な損傷過程を得た.活物質膜の厚さや曲面板の曲率を変えて試験を行い,種々の応力レベルに対する電極の変形と損傷過程を得た.また,予測のための基礎データを得るために引張疲労試験を実施した.引張疲労試験の結果から,応力ひずみ線図はループを描いた.このことから,繰り返し荷重を与えると試験片はエネルギー散逸を起こし,そのエネルギーが累積すると試験片は巨視的な破断に至るようであった.この結果を用いて試験片のS-N線図を予測したところ,平面曲げ疲労試験の結果と良い一致を示した.これは電極を構成する活物質とバインダーの配合比を変更した場合であっても同様で,予測の精度も良好であった.また,応力振幅が下限界値以下になると散逸エネルギーが急激に減少し,S-N線図に描画した予測線はほぼ横ばいとなった.すなわち,低~高サイクルの疲労はエネルギー散逸によって生じること,ならびに超高サイクルにおける疲労は応力振幅が下限界値を下回ったときの疲労であると定義できることがわかった.最終年度は,前年度に引き続き,実働環境を模した疲労試験の実施を検討した.恒温槽を用いて高温下での静的引張試験を実施したところ,試験片が軟化して小さな荷重で大きく伸びた.次に高温下での引張疲労試験を実施したが,1サイクルの応力ひずみ線図の傾きが予測よりも小さく,現行のシミュレーションでは試験片の軟化に対する予測精度が十分でなかったため,高温下に対する疲労損傷予測の展開は今後の課題となった.

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] リチウムイオン電池負極材の機械的疲労寿命の簡便予測2024

    • 著者名/発表者名
      野元天洋, 山﨑博司, 菊地鴻太 ,岸本喜直, 小林志好, 小野奨太, 白石海里
    • 雑誌名

      材料

      巻: 73 ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Simple estimation of creep properties of negative electrode for lithium-ion battery2023

    • 著者名/発表者名
      Shota Ono, Kairi Shiraishi, Yoshinao Kishimoto, Yukiyoshi Kobayashi, Hiroshi Yamazaki, Takahiro Nomoto
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 64 ページ: 1614-1621

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-Z2023003

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Investigation of simple mechanical model for fatigue life prediction of anode material for lithium-ion batteries2023

    • 著者名/発表者名
      Masaya Ueda, Kohta Kikuchi, Shiori Tagai, Kairi Shiraishi, Atsuki Takeuchi, Yoshinao Kishimoto, Yukiyoshi Kobayashi
    • 学会等名
      13th International Fatigue Congress
    • 国際学会
  • [学会発表] A simple and accurate fatigue life prediction method under variable loading2023

    • 著者名/発表者名
      Shoma Ueda, Yukiyoshi Kobayashi, Yoshinao Kishimoto
    • 学会等名
      13th International Fatigue Congress
    • 国際学会
  • [学会発表] リチウムイオン二次電池用電極材における高分子バインダーの機械的疲労特性に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      岸本喜直, 菊地鴻太, 植田雅也, 互詩織, 白石海里, 小林志好
    • 学会等名
      日本機械学会 第30回機械材料・材料加工技術講演会

URL: 

公開日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi