インピーダンス、パルス測定の基礎とリチウムイオン二次電池のデータ解析のポイント

モバイル機器用途、定置型蓄電、車載など、その市場を拡大しているリチウム二次電池 (LIB) の状態把握、安全性の確保のための電気化学的評価法の研究課題について解説します。また、電池の部材開発も盛んですが、その課題に関しても紹介します。特に、LIBのユーザーおよびメーカーとして新規参入企業の研究者、技術者、管理者の有用情報となるように、電池の基礎特性、動作状態把握、特性評価法、電池の劣化度診断法に関して、パルス法やインピーダンス法を用いた手法について基礎からじっくりと解説します。その中で、汎用の評価法の問題点を明らかにします。 　また、車載用の大型からウェアラブルな超小型までの汎用のいくつかの電池に関して、その特性と特徴を紹介します。講義終了後には、受講者のご質問に回答いたします。

1. 電池反応の基礎
   1. 反応の基礎概念
      1. 酸化還元電位、ネルンストの式、電気二重層、出力電位
      2. ガスー格子モデル
      3. 活物質粒子の電極反応モデル
   2. 活物質粒子の反応スキーム
      1. LTO系
      2. オリビン鉄系
   3. リチウムイオンの拡散過程と拡散係数
2. 充放電特性
   1. 充放電曲線
      • エネルギー密度
      • レート特性
   2. 差分曲線
3. 直流各種評価法
   1. 充放電曲線
      • エネルギー密度
      • レート特性
   2. サイクリックボルタンメトリー
   3. パルス法
4. 交流インピーダンス評価法
   1. 測定法
      1. 原理・特徴
      2. 評価モデル等価回路
      3. 活物質球状粒子表面上膜 (SEI) 界面と等価回路
      4. 固体粒子/電解液界面での各種パラメータ
      5. 最近の報告例のいくつか
   2. 求められたインピーダンススペクトル (EIS)
      1. EISの温度、およびSOC依存性
      2. 3D表示化
      3. 劣化診断の可能性
   3. SOCとSOHの評価
5. 現在の汎用電池の特徴
   1. 構成材料
   2. 充放電特性
6. 電池の性能劣化とそのメカニズム
   1. 特性の経時変化 (1/2乗則) と容量減少
   2. 劣化の諸因子
   3. 組成分析と構造解析
7. 劣化度・寿命予測の評価法
   1. OCV曲線とdV/dQ曲線
   2. インピーダンス特性と評価用等価回路
   3. カーブフィッティング
   4. Newmanモデル
   5. カルマンフィルター
   6. 機械学習法
   7. パルス特性と評価用等価回路
8. 最近の材料開発概要
   1. 正極
   2. 負極
   3. 電解質
   4. セパレータ
9. 界面化学の重要性
   1. 界面制御
   2. 化学修飾
   3. 安全性対策
10. おわりに
• 質疑応答