報告書番号

Q11022

タイトル（和文）

リチウムイオン電池劣化解析手法の開発(III)－複合正極における活物質の容量分離手法の提案－

タイトル（英文）

Development of technique to analyze the degradation state of lithium-ion battery (III)- Proposal of method to separate cathode capacity of active material in cathode mixture -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

リチウムイオン電池は太陽光や風力発電などの自然エネルギーの電力供給平滑化、また非常時の電力供給源として期待されている。そのため、精確に電池残量を把握し電池寿命を予測する必要がある。近年のリチウムイオン電池には、性能向上のために複数の正極活物質材料を複合した正極材料が使用される場合がある。そのため単一の正極活物質を利用している電池に比べその電池残量の把握や電池寿命の予測などはより難しくなると思われる。そこで、複合正極中の各正極活物質の性能を個別に把握できる手法が求められる。各活物質の容量分離手法を開発するため、二種類の正極活物質（層状化合物としてLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、スピネル化合物としてLiAlxMn2-xO4）を多様な重量比で混合し複合正極を作製した。これらを用いたセルを作製し充放電試験を行い放電曲線を得た。正極活物質単独の放電曲線と重量比から計算した値と、複合正極を実測した放電容量が概ね一致した。そのため活物質単独の放電容量と重量比で加成性が成り立つことを確認した。次に複合電極の放電曲線を微分した曲線をもとに、活物質由来の特徴的挙動を把握した。この情報をもとに、二つの活物質が占める複合電極の微分曲線を分離する境界線を見出した。複合電極の微分曲線をもとにその境界線を指数関数で計算して、二つの活物質の容量を見積もった。これらの値は、加成性から計算した値を概ね説明することができた。また手法を用い、劣化した複合正極における容量比も見積もることに成功した。新たに開発した手法を用い複合電極の容量比を劣化前後で評価することができた。

概要 （英文）

There are commercial lithium-ion batteries using the cathode mixture of different crystal structures such as spinel and layer compounds. It's important for precise evaluation of the capacity ratio of active materials in the cathode mixture after charge-discharge in the case of different cathode degradation mechanism. In this report, a method was proposed to estimate the capacity ratio of active materials in the cathode mixture. Some cathode mixtures were prepared to estimate additive property to calculate the cathode cell capacity in the cathode mixtures using the weight ratios and cathode cell capacities of single active material. The additive property was confirmed to compare the measured capacities in the mixtures and calculated capacities using weight ratios and the capacities of single active materials. Next, the cell capacities were differentiated by voltage, and the differentiated curves (dQ/dV) were obtained to understand easily as the cathode mixture. The dQ/dV curves of cathode mixtures were mostly coincident with the sum calculated from the dQ/dV curves of single active materials and weight ratios. The method was proposed to estimate the dQ/dV curves of one active material focused on the characteristic curve. There was a peak of the active material not to overlap the peaks of the other active material. The method was successful to separate the cell capacities of each active material.

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