報告書番号

Q10026

タイトル（和文）

リチウムイオン電池劣化解析手法の開発(I)－正・負極電位解析による電池容量低下要因の解析－

タイトル（英文）

Development of technique to analyze the degradation state of lithium-ion battery (I) - Discussion on cathode and battery capacity loss factor with reference electrode -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

高性能リチウムイオン電池の開発、電池の寿命予測には、電池の劣化状態を精確に分析することが求められる。本報告では定電流法による電池運用で定常的に計測する電池電圧に着目した。しかし、電池電圧では正極、負極の電位差を計測しているため、電池電圧では電池劣化に対する正負極の帰属を行なうことは難しい。そこで、電池を解体して取り出した正極、負極を用いて三極式セルを作製し、定電流法によって電極容量、電位の情報を得るとともに、それらの情報から電池が容量低下する因子を見出すことを目的とした。正極の容量低下が負極の容量低下よりも顕著であった。それに加えて電池が劣化するにつれて正極の充放電する電位範囲が、シフトすることを見出した。この正極の容量低下と正極の運用範囲のシフトを考慮すると、電池の容量低下をよく説明できることを見出した。また正極には、スピネル化合物と層状化合物が存在し、スピネル化合物が選択的に劣化していることを微分解析から見出した。これが正極の容量低下の主因子であることを解明した。

概要 （英文）

Charge-discharge characteristics of 5 Ah-class commercialized lithium-ion batteries were investigated by storage test at 25ºC, and charge-discharge cycling tests at 25ºC or 45ºC. These batteries were disassembled to determine the potential of the both the positive and negative electrodes of three-electrode laminate-type cells using a lithium metal reference electrode. We conducted differential analysis of the potential and capacities of both electrodes. The positive electrode dominantly degraded compared to the negative electrode, and the cathodic degradation contributed to the capacity loss in the lithium-ion battery. Both electrodes were extracted at battery potential, 3.0 V from lithium-ion batteries, and the open circuit potential of the positive electrode was found to shift to the higher potential as the battery degraded. This phenomenon leads to a decrease in the utilizable cathode capacity below the capacity estimated by three-electrode cells with the positive electrodes. The shift of higher cathodic potential in addition to the cathodic degradation can explain the battery degradation adequately. The differential analysis shows the mixture of the layer compound and the spinel compound as the cathodic constituent and the selectively-degraded spinel compound as the factor of the cathodic capacity loss.

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