汎用リチウムイオン電池の劣化度・寿命の評価技術

リチウム二次電池は、モバイル機器用途から、定置型蓄電、車などの大型用途まで、その市場はさらに広がりを見せています。そのために、リチウム二次電池の状態把握、安全性の確保、リユースの可能性がとても重要な開発課題になっています。 　そこでこの度、新規参入企業や新たに研究を始められ技術・研究者にも分かりやすいように、リチウムイオン二次電池の基礎、動作状態把握、特性評価法、電池の劣化度・寿命診断法について基礎からじっくりと解説します。特に、インピーダンス法やパルス法の詳細な解析を例解します。ここでは、汎用電池のいくつかへの適用例も紹介します。最新の測定法や材料開発にもふれ、周辺の研究課題を明らかにします。特に、LIBの安全性と関わる負極でのLiメッキの検出法や取扱いの注意点に関しても紹介します。講義終了後には、受講者の講演内容に関するご質問に可能な範囲で回答いたします。

1. はじめに
   1. 汎用LIBの種類
   2. 汎用LIBの市場
2. 電池反応の基礎
   1. 反応の基礎概念 (従来の電気化学との相違性)
      1. 酸化還元電位、ネルンストの式、電気二重層、出力電位、inert zone電位、ネルンスト式の適用
      2. ガスー格子モデル
         • 活物質間相互作用
         • トポケミカル反応
      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
3. 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. Butler-Volmer 式の適用
4. 直流各種測定・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
5. 交流インピーダンス測定・評価法
   1. 測定法
      1. 原理・特徴
      2. 評価モデル等価回路
      3. 粒子表面上膜 (SEI) 界面と解析用等価回路
      4. 擬似等価回路の各種パラメータ値
   2. 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. SOCとSOHの評価
   3. 劣化度診断の適用
6. 現在の汎用電池の特徴
   1. 構成材料・物質
   2. 充放電特性
   3. 用途と適合・相性
7. 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
8. 劣化度・寿命予測の高速評価法
   1. OCV曲線とdV/dQ曲線
   2. カーブフィッティング
   3. Newmanモデル
   4. インピーダンス特性図示 (Cole-Cole plot & Bode plot)
   5. 評価用等価回路と時定数、Warburgインピーダンス特性の取扱い方 (未解決?)
   6. 機械学習法
   7. 継続・再利用の仕分け方法 (未解決?)
9. パルス測定・評価法
   1. 測定法
      1. 原理・特徴
      2. 評価モデル等価回路
      3. 擬似等価回路の各種パラメータ値
   2. 過渡応答 (CP:Chrono-potentiogram)
      1. CPの温度、およびSOC依存性
      2. 3D表示化
      3. SOC&SOH&温度の評価
   3. 劣化度診断の高速化
   4. 負極でのリチウム金属メッキの検出
10. 界面化学と材料開発のトピックス
    1. 界面制御、化学修飾、添加物
    2. 正極、負極、電解質、その他
11. おわりに
    1. まとめ
    2. 弊社の遂行プロジェクト、開発製品や受託事業の概要紹介
• 質疑応答