JP2016048213A - 電池の評価方法及び電池特性評価装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)電位規制モード(ポテンショスタットモード)
制御部9の電圧測定用WE2と電圧測定用CE2とにより、電池全体の電位を規制して、正極5−負極6間電位差(V1)及び電流測定用WE1及び電流測定用CE1を流れる電流(I)を測定する。
制御部9の電流測定用WE1と電流測定用CE1とにより、電池全体の電流を規制して、正極5−負極6間電位差(V1)及び電流測定用WE1及び電流測定用CE1を流れる電流(I)を測定する。
従来の電気化学インピーダンス測定法では、電池の充電深度(SOC:State Of Charge)特性を得たい場合、目的の電圧あるいは電荷量となるように充電または放電し、その電圧において平衡状態になるまで静置した後インピーダンス測定を行っていた。この方法は、充放電試験をその都度止める必要があるため、正確な充放電時間を把握できなかった。また、電池から得るべき重要な情報である充放電時の電池の挙動に関するインピーダンスの評価はできなかった。
3電極式の電池2における参照極7の配置位置について、有限要素法(FEM)を用いて検討した。有限要素法による解析は、幅20mm、厚さ5mmの正極5及び負極6を、厚さ5mmの電解液を介して対向配置し、電極界面を0.001mmと設定したモデルで行った。電極界面は反応界面を模擬しており、電荷移動抵抗Rctと電気二重層容量Cdlを持つ。これらの値は、電極界面の比抵抗ρと比誘電率εrで設定した。具体的には、電解液の比抵抗ρを10Ω・m、比誘電率εrを80.4、正極5側の電極界面の比抵抗ρを107Ω・m、比誘電率εrを80.4、負極6側の電極界面の比抵抗ρ及び比誘電率εrの値を変化させて解析を行った。インピーダンススペクトルの計算における周波数領域は、1mHz〜1MHzとした。各測定周波数における電流線分布の解析結果を図5に示す。
図2に示した電池2(リチウムイオン2次電池)の正極5及び負極6のインピーダンス測定を行った。正極5及び負極6並びに電池全体のインピーダンス測定結果を図7に示す。
参考例として、図8に示すインピーダンス測定システム13により、電池2の正極5及び負極6のインピーダンス測定を行った。
実施例2では、インピーダンス測定装置3の測定結果を等価回路に基づいて解析し、正極5及び負極6の評価を行った。
2…電池
3…インピーダンス測定装置(電池特性評価装置)
4…解析装置(インピーダンス導出手段、正極負極間インピーダンス算出手段)
5…正極、6…負極、7…参照極、8…セパレータ
9…制御部(第1規制手段、第2規制手段、測定手段)
10…周波数応答解析部(正極インピーダンス算出手段、負極インピーダンス算出手段)
11…第1測定部(正極電位測定手段)
12…第2測定部(負極電位測定手段)
13…インピーダンス測定システム
14…制御装置
15…第1測定装置
16…第2測定装置
Claims (7)
- 正極と、負極と、正極及び負極の電位を測定するための参照極と、を有する電池の評価方法であって、
正極と負極間の電位規制中、正極と負極との間に異なる周波数の入力電圧を加えたときに、正極と負極との間に流れる応答電流及び正極と負極とにかかる応答電圧を測定し、
正極と参照極の電位差及び負極と参照極の電位差を測定し、
前記応答電流と、正極と参照極の電位差と、に基づいて、正極と参照極との間のインピーダンスを算出し、
前記応答電流と、負極と参照極の電位差と、に基づいて、負極と参照極との間のインピーダンスを算出する
ことを特徴とする電池の評価方法。 - 正極と、負極と、正極及び負極の電位を測定するための参照極と、を有する電池の評価方法であって、
正極と負極間の電流規制中、正極と負極との間に異なる周波数の入力電流を流したときに、正極と負極との間にかかる応答電圧及び正極と負極との間に流れる応答電流を測定し、
正極と参照極の電位差及び負極と参照極の電位差を測定し、
前記応答電流と、正極と参照極の電位差と、に基づいて、正極と参照極との間のインピーダンスを算出し、
前記応答電流と、負極と参照極の電位差と、に基づいて、負極と参照極との間のインピーダンスを算出する
ことを特徴とする電池の評価方法。 - 正極と、負極と、正極及び負極の電位を測定するための参照極と、を有する電池を評価する電池特性評価装置であって、
正極と負極間の電位規制中、正極と負極との間に異なる周波数の入力電圧を加える第1規制手段と、
前記入力電圧が加えられたときに、正極と負極との間に流れる応答電流及び正極と負極との間にかかる応答電圧を測定する測定手段と、
正極と参照極の電位差を測定する正極電位測定手段と、
負極と参照極の電位差を測定する負極電位測定手段と、
前記応答電流と、正極と参照極の電位差と、に基づいて、正極と参照極との間のインピーダンスを算出する正極インピーダンス算出手段と、
前記応答電流と、負極と参照極の電位差と、に基づいて、負極と参照極との間のインピーダンスを算出する負極インピーダンス算出手段と、を有する
ことを特徴とする電池特性評価装置。 - 正極と、負極と、正極及び負極の電位を測定するための参照極と、を有する電池を評価する電池特性評価装置であって、
正極と負極間の電流規制中、正極と負極との間に異なる周波数の入力電流を流す第2規制手段と、
前記入力電流が流れたときに、正極と負極との間に流れる応答電流及び正極と負極との間にかかる応答電圧を測定する測定手段と、
正極と参照極の電位差を測定する正極電位測定手段と、
負極と参照極の電位差を測定する負極電位測定手段と、
前記応答電流と、正極と参照極の電位差と、に基づいて、正極と参照極との間のインピーダンスを算出する正極インピーダンス算出手段と、
前記応答電流と、負極と参照極の電位差と、に基づいて、負極と参照極との間のインピーダンスを算出する負極インピーダンス算出手段と、を有する
ことを特徴とする電池特性評価装置。 - 正極と参照極間のインピーダンス測定結果と、負極と参照極間のインピーダンス測定結果と、をin−situ 3D電気化学インピーダンス法により解析し、所定の時間におけるインピーダンスを導出するインピーダンス導出手段、を有する
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の電池特性評価装置。 - 前記正極インピーダンス算出手段により算出されたインピーダンスと、前記負極インピーダンス算出手段により算出されたインピーダンスに基づいて、正極と負極間のインピーダンスを算出する正極負極間インピーダンス算出手段、を有する
ことを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の電池特性評価装置。 - 参照極を、正極及び負極近傍に形成される電流線分布を乱さない位置に配置する
ことを特徴とする請求項3から請求項6のいずれか1項に記載の電池特性評価装置。
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