JP7450978B2 - Evaluation device, evaluation method, and program for metal-air batteries - Google Patents

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Description

本発明は、金属空気電池の電池特性を連続して自動評価する評価装置、評価方法、および、プログラムに関する。 The present invention relates to an evaluation device, an evaluation method, and a program for continuously and automatically evaluating battery characteristics of metal-air batteries.

近年、再生可能エネルギーの普及や自動車の電動化への要請により、軽量かつ大容量、すなわちより高いエネルギー密度をもつ蓄電池の開発が要求されている。実現が想定されうる二次電池の中でも、リチウム空気電池は最も高い理論エネルギー密度を有しており、現在普及しているリチウムイオン電池を大幅に超えるエネルギー密度を達成しうる。 In recent years, with the spread of renewable energy and the demand for electrification of automobiles, there has been a demand for the development of storage batteries that are lightweight and have large capacity, that is, higher energy density. Among the secondary batteries that can be expected to be realized, lithium-air batteries have the highest theoretical energy density, and can achieve an energy density that significantly exceeds the currently popular lithium-ion batteries.

リチウム空気電池は負極活物質にリチウム金属、正極活物質に大気酸素を用いるものである。放電時はリチウム金属負極が溶出し(Li⇔Li+e)、正極にて大気から吸収された酸素と反応し過酸化リチウムが析出する(2Li+2e+O⇔Li)。充電時はこれと逆の反応が起こり、これらを繰り返して充放電を行うものである。ここで正極は、充放電にあわせて大気酸素を吸収・排出するはたらきを有する電極であることから、空気極とも呼ばれる。 Lithium-air batteries use lithium metal as the negative electrode active material and atmospheric oxygen as the positive electrode active material. During discharging, the lithium metal negative electrode is eluted (Li⇔Li + +e ), reacts with oxygen absorbed from the atmosphere at the positive electrode, and precipitates lithium peroxide (2Li + +2e +O 2 ⇔Li 2 O 2 ). During charging, the opposite reaction occurs, and these reactions are repeated to perform charging and discharging. The positive electrode is also called an air electrode because it has the function of absorbing and exhausting atmospheric oxygen during charging and discharging.

リチウム空気電池セルの充放電サイクル特性を向上させるには空気極における上記の電気化学反応がほぼ100%近い効率で可逆的に進行する状況を作り出す必要がある。そのためこれらの電池反応「効率」を正確に計測し決定する必要があるが、それらの方法は限定的であり精度や信頼性に欠ける場合が多く、また実際にセルが充放電される環境を反映するものではない場合が多い。 In order to improve the charge/discharge cycle characteristics of a lithium-air battery cell, it is necessary to create a situation in which the above-mentioned electrochemical reaction at the air electrode proceeds reversibly with nearly 100% efficiency. Therefore, it is necessary to accurately measure and determine the "efficiency" of these battery reactions, but these methods are often limited and lack accuracy and reliability, and they do not reflect the actual environment in which cells are charged and discharged. In many cases, it is not something that can be done.

空気極における電池反応(2Li+2e+O⇔Li)の効率を見積もる方法として、現状では1.空気極に析出・分解するLiを滴定により定量する方法と、2.セルに吸収・排出される酸素ガスを定量する方法が考案され広く検討されている。 At present, there are 1 . 2. A method for quantifying Li 2 O 2 precipitated and decomposed on the air electrode by titration; Methods for quantifying oxygen gas absorbed and discharged into cells have been devised and widely studied.

しかしながら、1.の方法で検出されるLi量は放電量ないし充電量から生成が推定される量の90%等量以下しか検出されず、生成したLiを完全に補足できていないのか、あるいは、現に90%以下の電池反応効率で充放電が進行しているのか、はっきりしない。また放電・充電状態の異なる複数のセルを用意し個別に解体、滴定作業する必要があるため、作業性は低く個体差によるバラツキも大きい(例えば、非特許文献1を参照)。 However, 1. The amount of Li 2 O 2 detected by the above method is less than 90% of the amount estimated to be generated from the amount of discharge or charge, and the generated Li 2 O 2 may not be completely captured. Alternatively, it is unclear whether charging and discharging are actually proceeding with a battery reaction efficiency of 90% or less. Furthermore, since it is necessary to prepare a plurality of cells with different discharge/charge states and individually disassemble and titrate them, the workability is low and there is large variation due to individual differences (for example, see Non-Patent Document 1).

2.のセルに吸収・排出される酸素を定量する方法は、密閉した筐体内でセルを放電させ低下する酸素分圧を計測することでなされる。充電時は、筐体を不活性ガスで置換した後セルを充電し、排出される酸素を全量回収し計量することでなされる。放電・充電状態に応じて圧力が変動することから、実際に置かれるセル環境、例えば大気環境下など、を反映した測定にならない問題がある(例えば、非特許文献1を参照)。また、放電・充電の切り替えに合わせてガスを置換し、測定方法を切り替える必要があるため、多サイクルの反応効率を追跡することは困難である。 2. The method for quantifying the amount of oxygen absorbed and discharged into a cell is to discharge the cell in a sealed casing and measure the oxygen partial pressure that decreases. Charging is done by replacing the casing with inert gas, charging the cell, and collecting and measuring the entire amount of exhausted oxygen. Since the pressure varies depending on the discharge/charge state, there is a problem that the measurement does not reflect the actual cell environment, such as the atmospheric environment (for example, see Non-Patent Document 1). Furthermore, it is difficult to track reaction efficiency over multiple cycles because it is necessary to replace the gas and change the measurement method when switching between discharging and charging.

一方で最近、リチウム空気電池セルの電解液・電極材料の開発が進展し、放電・充電できる容量やサイクル数も増えつつある。それに合わせて長期・多サイクルの充放電運転における電池反応効率を正確かつ簡便に評価できる計測手法の確立が必要とされている(例えば、非特許文献2を参照)。 On the other hand, recent progress has been made in the development of electrolytes and electrode materials for lithium-air battery cells, and the capacity and number of cycles that can be discharged and charged are increasing. Accordingly, there is a need to establish a measurement method that can accurately and easily evaluate battery reaction efficiency during long-term, multi-cycle charging and discharging operation (see, for example, Non-Patent Document 2).

また、基礎的な電池反応試験用途よりも広い電極面積や積層構造を有し、大きな電流を取れるよう設計されたセルも開発されるようになった。これらが大気環境あるいは酸素フロー環境下において空気孔を通してどれくらいの電解液の揮発が進行するのか、計測する方法の開発が必要とされている(例えば、非特許文献3を参照)。また大気環境下においては、大気に含まれる水や二酸化炭素など、正常な電池反応に関わらない不純物ガスをセルがどれくらい吸収するのか調べる必要がある。 In addition, cells designed to handle larger currents and have larger electrode areas and laminated structures than those used for basic battery reaction testing have begun to be developed. There is a need to develop a method for measuring how much the electrolyte evaporates through the air holes in an atmospheric environment or an oxygen flow environment (for example, see Non-Patent Document 3). In addition, in an atmospheric environment, it is necessary to investigate how much impurity gases contained in the atmosphere, such as water and carbon dioxide, that are not involved in normal battery reactions are absorbed by the cell.

そのなかで注目されるのがセルの質量である。リチウム空気電池セルは放電・充電によって酸素を吸収・排出するため、それによって自重を少しずつ変化させる。セルの放電・充電容量と重量変化量からセルが固定した酸素量を計測し、電池反応効率を見積もることができる。また、無電流時(レスト中)の微小なセル重量変化から電解液の揮発量を見積もることができる。ところが、静置されたセルの重量を長期間連続して秤量し続けることはできないため、あくまで放電・充電の前後、あるいは一定時間経過後のセル重量を逐一比較し、推定するにとどまる。 Among these, the mass of the cell is noteworthy. Lithium-air battery cells absorb and emit oxygen as they discharge and charge, which causes their weight to change little by little. The amount of oxygen fixed in the cell can be measured from the cell's discharge/charge capacity and weight change, and the battery reaction efficiency can be estimated. Further, the amount of volatilization of the electrolyte can be estimated from minute changes in cell weight when no current is applied (during rest). However, since it is not possible to continuously weigh a cell that has been left still for a long period of time, estimates can only be made by comparing cell weights before and after discharging and charging, or after a certain period of time.

Bryan D.McCloskeyら,J.Phys. Chem. Lett.,2013,4,2989-2993Bryan D. McCloskey et al., J. Phys. Chem. Lett. ,2013,4,2989-2993 Akihiro Nomuraら,Sci.Rep.,2017,7,45596Akihiro Nomura et al., Sci. Rep. ,2017,7,45596 Yoshimi Kuboら,ECS Transactions,62,1,129-135,2014Yoshimi Kubo et al., ECS Transactions, 62, 1, 129-135, 2014

以上より、本発明の課題は、金属空気電池の電池特性を連続して自動評価する評価装置、その方法およびそのプログラムを提供することである。 In view of the above, an object of the present invention is to provide an evaluation device, a method thereof, and a program thereof, which continuously and automatically evaluate the battery characteristics of a metal-air battery.

本発明の金属空気電池の電池特性を評価する評価装置は、前記金属空気電池の重量を測定する重量測定部と、前記金属空気電池を載置するためのステージを備え、前記ステージを昇降させる昇降部と、少なくとも前記重量測定部と前記金属空気電池とを収容する筐体と、前記金属空気電池の充放電特性を測定する充放電特性測定部と、前記昇降部と前記重量測定部と前記充放電特性測定部との動作を制御し、前記金属空気電池の電池特性を評価する制御部とを備え、前記制御部は、前記昇降部の前記ステージを昇降させ、前記重量測定部および前記充放電特性測定部による測定を実行し、前記金属空気電池の重量変化量および充放電特性を取得する測定制御部と、前記測定制御部で取得された前記重量変化量および前記充放電特性に基づいて、前記金属空気電池の電池特性を算出・評価する算出・評価部とを備え、これにより上記課題を解決する。
前記算出・評価部は、前記充放電特性のレスト中における時刻tの重量変化量Wtと時刻tr0(ただし、t>tr0)の重量変化量Wtr0との重量変化量差Wt-Wtr0を時間差t-tr0で除し、電解液揮発速度((Wt-Wtr0)/(t-tr0))を算出する電解液揮発速度算出部をさらに備えてもよい。
前記算出・評価部は、前記充放電特性の放電中における時刻tの重量変化量から、前記放電の直前におけるレスト中の前記電解液揮発速度を用いて見積もった前記時刻tの電解液揮発量を減じ、放電反応のみに起因する重量変化量を算出する放電重量変化量算出部をさらに備えてもよい。
前記算出・評価部は、前記放電重量変化量算出部で算出された前記充放電特性の放電中における時間間隔Δtの放電反応のみに起因する重量変化量を、前記時間間隔Δtで除し、重量変化速度を算出し、前記充放電特性の測定に用いた電流値を前記重量変化速度で除し、前記金属空気電池に吸収された空気と反応している電子数を算出する反応電子数算出部をさらに備えてもよい。
前記算出・評価部は、前記充放電特性の充電中における時刻tの重量変化量から、前記充電の直前におけるレスト中の前記電解液揮発速度を用いて見積もった前記時刻tの電解液揮発量を減じ、充電反応のみに起因する重量変化量を算出する充電重量変化量算出部をさらに備えてもよい。
前記算出・評価部は、前記充電重量変化量算出部で算出された前記充放電特性の充電中における時間間隔Δtの充電反応のみに起因する重量変化量を、前記時間間隔Δtで除し、重量変化速度を算出し、前記充放電特性の測定に用いた電流値を前記重量変化速度で除し、前記金属空気電池に固定された空気の排出に要している電子数を算出する反応電子数算出部をさらに備えてもよい。
前記算出・演算部は、前記充放電特性の放電開始後、重量変化が生じるまでに要した時間ΔTと前記時間ΔTの間に流れた電流値とから静電容量を算出する静電容量算出部をさらに備えてもよい。
前記制御部は、前記算出・評価部による結果を表示する表示部をさらに備えもよい。
前記筐体内に温度検出部をさらに備えてもよい。
前記筐体内に気圧検出部をさらに備えてもよい。
前記制御部は、前記重量測定部による秤量値を前記重量測定部の感度ドリフト値で補正する秤量値補正部をさらに備えてもよい。
前記筐体は、ガス給気口およびガス排気口を備えてもよい。
前記筐体内の温度を保持する温度制御装置をさらに備えてもよい。
本発明の金属空気電池の電池特性を評価する方法は、重量測定部の測定位置への前記金属空気電池の配置と、前記測定位置からの前記金属空気電池の離間とを繰り返し、前記金属空気電池の重量を繰り返し測定することと、前記重量の繰り返し測定と同時に、前記金属空気電池の充放電特性を測定することと、前記繰り返し測定することによって得られた前記重量変化量、および、前記充放電特性を測定することによって得られた前記充放電特性に基づいて、前記金属空気電池の電池特性を算出・評価することとを包含し、これにより上記課題を解決する。
前記算出・評価することは、前記充放電特性のレスト中における時刻tの重量変化量Wtと時刻tr0(ただし、t>tr0)の重量変化量Wtr0との重量変化量差Wt-Wtr0を時間差t-tr0で除し、電解液揮発速度((Wt-Wtr0)/(t-tr0))を算出することをさらに包含してもよい。
前記算出・評価することは、前記充放電特性の放電中における時刻tの重量変化量から、前記放電の直前におけるレスト中の前記電解液揮発速度を用いて見積もった前記時刻tの電解液揮発量を減じ、放電反応のみに起因する重量変化量を算出することをさらに包含してもよい。
前記算出・評価することは、前記算出された前記充放電特性の放電中における時間間隔Δtの放電反応のみに起因する重量変化量を、前記時間間隔Δtで除し、重量変化速度を算出し、前記充放電特性の測定に用いた電流値を前記重量変化速度で除し、前記金属空気電池に吸収された空気と反応している電子数を算出することをさらに包含してもよい。
前記算出・評価することは、前記充放電特性の充電中における時刻tの重量変化量から、前記充電の直前におけるレスト中の前記電解液揮発速度を用いて見積もった前記時刻tの電解液揮発量を減じ、充電反応のみに起因する重量変化量を算出することをさらに包含してもよい。
前記算出・評価することは、前記算出された前記充放電特性の充電中における時間間隔Δtの充電反応のみに起因する重量変化量を、前記時間間隔Δtで除し、重量変化速度を算出し、前記充放電特性の測定に用いた電流値を前記重量変化速度で除し、前記金属空気電池に固定された空気の排出に要している電子数を算出することをさらに包含してもよい。
前記算出・評価することは、前記充放電特性の放電開始後、重量変化が生じるまでに要した時間ΔTと前記時間ΔTの間に流れた電流値とから静電容量を算出することをさらに包含してもよい。
前記繰り返し測定することに先立って、前記重量測定部の測定位置への不変重量品の配置と、前記測定位置からの前記不変重量品の離間とを繰り返し、前記不変重量品の重量を繰り返し測定することと、前記不変重量品の重量の繰り返し測定と同時に測定環境内の温度変化、および/または、気圧変化を測定することと、前記不変重量品の秤量値が、前記温度変化、および/または、前記気圧変化に伴い変動しているかどうかを判定することと、前記判定することにおいて変動していると判定した場合、秤量値を前記重量測定部の感度ドリフト値で補正し、前記判定することにおいて変動していないと判定した場合、秤量値を補正しないこととをさらに包含してもよい。
前記繰り返し測定することに先立って、測定環境内に雰囲気制御ガスをフローすることをさらに包含してもよい。
本発明の金属空気電池の電池特性を評価するプログラムは、重量測定部の測定位置への前記金属空気電池の配置と、前記測定位置からの前記金属空気電池の離間とを繰り返し、前記金属空気電池の重量を繰り返し測定する機能と、前記重量の繰り返し測定と同時に、前記金属空気電池の充放電特性を測定する機能と、前記繰り返し測定することによって得られた前記重量変化量、および、前記充放電特性を測定することによって得られた前記充放電特性に基づいて、前記金属空気電池の電池特性を算出・評価する機能とをコンピュータに実現させ、これにより上記課題を解決する。
前記算出・評価する機能は、前記充放電特性のレスト中における時刻tの重量変化量Wtと時刻tr0(ただし、t>tr0)の重量変化量Wtr0との重量変化量差Wt-Wtr0を時間差t-tr0で除し、電解液揮発速度((Wt-Wtr0)/(t-tr0))を算出する機能をさらに含んでもよい。
前記算出・評価する機能は、前記充放電特性の放電中における時刻tの重量変化量から、前記放電の直前におけるレスト中の前記電解液揮発速度を用いて見積もった前記時刻tの電解液揮発量を減じ、放電反応のみに起因する重量変化量を算出する機能をさらに含んでもよい。
前記算出・評価する機能は、前記算出された前記充放電特性の放電中における時間間隔Δtの放電反応のみに起因する重量変化量を、前記時間間隔Δtで除し、重量変化速度を算出し、前記充放電特性の測定に用いた電流値を前記重量変化速度で除し、前記金属空気電池に吸収された空気と反応している電子数を算出する機能をさらに含んでもよい。
前記算出・評価する機能は、前記充放電特性の充電中における時刻tの重量変化量から、前記充電の直前におけるレスト中の前記電解液揮発速度を用いて見積もった前記時刻tの電解液揮発量を減じ、充電反応のみに起因する重量変化量を算出する機能をさらに含んでもよい。
前記算出・評価する機能は、前記算出された前記充放電特性の充電中における時間間隔Δtの充電反応のみに起因する重量変化量を、前記時間間隔Δtで除し、重量変化速度を算出し、前記充放電特性の測定に用いた電流値を前記重量変化速度で除し、前記金属空気電池に固定された空気の排出に要している電子数を算出する機能をさらに含んでもよい。
前記算出・評価する機能は、前記充放電特性の放電開始後、重量変化が生じるまでに要した時間ΔTと前記時間ΔTの間に流れた電流値とから静電容量を算出する機能をさらに含んでもよい。
An evaluation device for evaluating battery characteristics of a metal-air battery according to the present invention includes a weight measuring section for measuring the weight of the metal-air battery, and a stage for placing the metal-air battery, and an elevator for raising and lowering the stage. a housing that accommodates at least the weight measuring section and the metal air battery; a charging and discharging characteristic measuring section that measures the charging and discharging characteristics of the metal air battery; the elevating section, the weight measuring section and the charging and discharging section; a control section that controls the operation with the discharge characteristic measurement section and evaluates the battery characteristics of the metal-air battery; the control section raises and lowers the stage of the elevating section; a measurement control unit that executes a measurement by a characteristic measurement unit and obtains the amount of weight change and charge/discharge characteristics of the metal-air battery; and based on the amount of weight change and the charge/discharge characteristics obtained by the measurement control unit, The present invention includes a calculation/evaluation section that calculates and evaluates battery characteristics of the metal-air battery, thereby solving the above problem.
The calculation/evaluation unit calculates a weight change amount difference Wt between a weight change amount Wt r at time t r and a weight change amount Wt r0 at time t r0 (where t r >t r0 ) during rest of the charge/discharge characteristics. The method may further include an electrolyte volatilization rate calculation unit that divides r - Wt r0 by the time difference t r -t r0 and calculates the electrolyte volatilization rate ((Wt r - Wt r0 )/(t r -t r0 )). good.
The calculation/evaluation unit calculates the electrolyte volatilization rate at the time t d estimated from the weight change amount at the time t d during discharging of the charge/discharge characteristics using the electrolyte volatilization rate during rest immediately before the discharge. The discharge weight change amount calculation unit may further include a discharge weight change amount calculation unit that calculates a weight change amount due only to the discharge reaction.
The calculation/evaluation unit divides the amount of weight change due only to the discharge reaction at the time interval Δt d during discharging of the charge/discharge characteristics calculated by the discharge weight change calculation unit by the time interval Δt d . , Calculate the rate of weight change, divide the current value used to measure the charge/discharge characteristics by the rate of weight change, and calculate the number of electrons reacting with the air absorbed in the metal-air battery.The number of reaction electrons. It may further include a calculation unit.
The calculation/evaluation unit calculates the electrolyte volatilization rate at the time t c estimated from the amount of weight change at the time t c during charging of the charge/discharge characteristics using the electrolyte volatilization rate during rest immediately before the charging. The battery may further include a charged weight change amount calculation unit that calculates a weight change amount due only to the charging reaction.
The calculation/evaluation unit divides the amount of weight change due only to the charging reaction of the charging/discharging characteristic during the charging time interval Δt c calculated by the charged weight change calculation unit by the time interval Δt c . , a reaction of calculating the rate of weight change, dividing the current value used to measure the charge/discharge characteristics by the rate of weight change, and calculating the number of electrons required to discharge the air fixed in the metal-air battery. It may further include an electron number calculation section.
The calculation/operation section is a capacitance calculation section that calculates capacitance from the time ΔT required for weight change to occur after the start of discharging of the charge/discharge characteristics and the current value flowing during the time ΔT. It may further include.
The control section may further include a display section that displays the results of the calculation/evaluation section.
The housing may further include a temperature detection section.
The housing may further include an air pressure detection section.
The control unit may further include a weight value correction unit that corrects the weight value obtained by the weight measurement unit using a sensitivity drift value of the weight measurement unit.
The housing may include a gas supply port and a gas exhaust port.
The device may further include a temperature control device that maintains the temperature inside the housing.
The method for evaluating the battery characteristics of a metal-air battery according to the present invention includes repeating the steps of placing the metal-air battery at a measurement position of a weight measurement unit and separating the metal-air battery from the measurement position. repeatedly measuring the weight of the metal-air battery, simultaneously measuring the weight repeatedly, measuring the charge/discharge characteristics of the metal-air battery, the amount of weight change obtained by the repeated measurements, and the charge/discharge The method includes calculating and evaluating the battery characteristics of the metal-air battery based on the charge-discharge characteristics obtained by measuring the characteristics, thereby solving the above problem.
What is calculated and evaluated is the weight change amount difference between the weight change amount Wt r at time t r and the weight change amount Wt r0 at time t r0 (however, t r > t r0 ) during the rest of the charge/discharge characteristics. The method may further include dividing Wt r -Wt r0 by the time difference t r -t r0 to calculate the electrolyte volatilization rate ((Wt r -Wt r0 )/(t r -t r0 )).
The calculation/evaluation is based on the amount of weight change at time t d during discharging of the charge/discharge characteristics, and the electrolyte solution at time t d estimated using the electrolyte volatilization rate during rest immediately before the discharge. It may further include reducing the amount of volatilization and calculating the amount of weight change due only to the discharge reaction.
The calculation and evaluation includes dividing the weight change amount due only to the discharge reaction during the time interval Δt d during discharging of the calculated charge/discharge characteristics by the time interval Δt d to calculate the weight change rate. However, the method may further include dividing the current value used for measuring the charge/discharge characteristics by the weight change rate to calculate the number of electrons reacting with the air absorbed in the metal-air battery.
The calculation/evaluation is based on the amount of weight change at time t c during charging of the charge/discharge characteristics, and the electrolyte solution at time t c estimated using the electrolyte volatilization rate during rest immediately before the charging. It may further include subtracting the amount of volatilization and calculating the amount of weight change due only to the charging reaction.
The calculation and evaluation includes dividing the amount of weight change caused only by the charging reaction during the charging time interval Δt c of the calculated charge/discharge characteristics by the time interval Δt c to calculate the weight change rate. However, the method may further include calculating the number of electrons required for discharging the air fixed in the metal-air battery by dividing the current value used for measuring the charge-discharge characteristics by the weight change rate. good.
The calculating and evaluating further includes calculating the capacitance from the time ΔT required for the weight change to occur after the start of discharge of the charge/discharge characteristics and the current value flowing during the time ΔT. You may.
Prior to the repeated measurement, the weight of the constant weight item is repeatedly measured by repeatedly placing the constant weight item at the measurement position of the weight measurement unit and separating the constant weight item from the measurement position. Measuring the temperature change and/or pressure change in the measurement environment simultaneously with the repeated measurement of the weight of the constant weight item; and determining whether or not the weight has fluctuated due to a change in atmospheric pressure; and if it is determined in the determination that the weight has fluctuated, correcting the weighed value with a sensitivity drift value of the weight measuring section; It may further include not correcting the weighed value if it is determined that there is no variation.
The method may further include flowing an atmosphere control gas into the measurement environment prior to the repeated measurements.
The program for evaluating the battery characteristics of the metal-air battery of the present invention repeats placing the metal-air battery at the measurement position of the weight measurement unit and separating the metal-air battery from the measurement position, a function to repeatedly measure the weight of the metal-air battery, a function to simultaneously measure the charge/discharge characteristics of the metal-air battery at the same time as the repeated measurement of the weight, the amount of change in weight obtained by the repeated measurement, and the charge/discharge The above problem is solved by making a computer realize a function of calculating and evaluating the battery characteristics of the metal air battery based on the charge/discharge characteristics obtained by measuring the characteristics.
The function to calculate and evaluate is the weight change amount difference between the weight change amount Wt r at time t r and the weight change amount Wt r0 at time t r0 (however, t r > t r0 ) during the rest of the charge/discharge characteristics. It may further include a function of dividing Wt r -Wt r0 by the time difference t r -t r0 to calculate the electrolyte volatilization rate ((Wt r - Wt r0 )/(t r -t r0 )).
The function to calculate and evaluate the electrolytic solution at the time t d estimated from the weight change amount at the time t d during discharging of the charge/discharge characteristics using the electrolytic solution volatilization rate during the rest immediately before the discharging. It may further include a function of reducing the amount of volatilization and calculating the amount of weight change due only to the discharge reaction.
The calculation/evaluation function calculates the rate of weight change by dividing the amount of weight change caused only by the discharge reaction during the time interval Δt d during discharging of the calculated charge/discharge characteristics by the time interval Δt d . However, the method may further include a function of dividing the current value used for measuring the charge/discharge characteristics by the weight change rate to calculate the number of electrons reacting with the air absorbed in the metal-air battery.
The function to calculate and evaluate the electrolytic solution at the time t c estimated from the amount of weight change at the time t c during charging of the charge/discharge characteristics using the electrolytic solution volatilization rate during the rest immediately before the charging. It may further include a function of reducing the amount of volatilization and calculating the amount of weight change due only to the charging reaction.
The calculation/evaluation function calculates the rate of weight change by dividing the amount of weight change caused only by the charging reaction of the calculated charge/discharge characteristics during the charging time interval Δtc by the time interval Δtc . However, the method may further include a function of dividing the current value used for measuring the charge/discharge characteristics by the rate of weight change to calculate the number of electrons required to discharge the air fixed in the metal-air battery.
The calculation/evaluation function further includes a function of calculating the capacitance from the time ΔT required for the weight change to occur after the start of discharging of the charge/discharge characteristics and the current value flowing during the time ΔT. But that's fine.

本発明の金属空気電池の電池特性を評価する評価装置は、上述のように、昇降部を備え、重量測定部のゼロ点補正を測定のたびに行う。これにより金属空気電池の重量変化を長期間にわたって連続して正確に測定することができる。また、重量測定部による重量変化の測定と、充放電特性測定部による充放電測定とは、同時に実施されるため、重量変化量と充放電特性との結果から、金属空気電池の充放電プロセスにおける電解液揮発速度、放電ないし充電反応にともなう重量変化量、空気(酸素)の吸収ないし排出に要する電子数、静電容量等を算出でき、金属空気電池の性能評価を長期間にわたって連続して高精度に実施できる。 As described above, the evaluation device for evaluating the battery characteristics of a metal-air battery of the present invention includes an elevating section and performs zero point correction of the weight measuring section every time a measurement is made. This allows the weight change of the metal-air battery to be continuously and accurately measured over a long period of time. In addition, since the measurement of weight change by the weight measurement section and the charge/discharge measurement by the charge/discharge characteristic measurement section are carried out simultaneously, it is possible to determine the It is possible to calculate the electrolyte volatilization rate, the amount of weight change due to discharge or charge reactions, the number of electrons required to absorb or discharge air (oxygen), the capacitance, etc., and the performance evaluation of metal-air batteries can be continuously improved over a long period of time. Can be executed with precision.

本発明の金属空気電池の評価方法は、金属空気電池の重量を繰り返し測定し、同時に、充放電特性を測定し、得られた重量変化量および充放電特性に基づいて金属空気電池の電池特性を評価する。重量測定のたびにゼロ点補正された経時的な重量変化量と、これに関連付けられた経時的な充放電特性とに基づいて各種電池特性が評価されるため、金属空気電池の性能評価を長期間にわたって連続して高精度に実施できる。また、本発明は、このような機能をコンピュータが実行するプログラムを提供する。 The metal-air battery evaluation method of the present invention involves repeatedly measuring the weight of the metal-air battery, measuring the charge-discharge characteristics at the same time, and evaluating the battery characteristics of the metal-air battery based on the obtained weight change and charge-discharge characteristics. evaluate. Various battery characteristics are evaluated based on the amount of weight change over time, which is zero-point corrected each time the weight is measured, and the associated charging/discharging characteristics over time, making it possible to evaluate the performance of metal-air batteries over a long period of time. It can be performed continuously and with high accuracy over a period of time. Further, the present invention provides a program for a computer to execute such functions.

本発明の評価装置を示す概略図Schematic diagram showing an evaluation device of the present invention 本発明の評価装置の制御部の構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of the control unit of the evaluation device of the present invention 例示的なグラフィカルユーザインターフェース(GUI)画面を示す図Diagram showing an example graphical user interface (GUI) screen 例示的な重量測定条件設定画面を示す図Diagram showing an exemplary weight measurement condition settings screen 例示的な重量測定結果を示す図Diagram showing exemplary weight measurement results 別の例示的な重量測定条件設定画面を示す図Diagram showing another exemplary weight measurement condition settings screen 別の例示的な重量測定結果を示す図Diagram showing another exemplary weight measurement result 例示的な充放電特性測定条件設定画面を示す図Diagram showing an exemplary charge/discharge characteristic measurement condition setting screen 例示的な評価項目設定画面を示す図Diagram showing an exemplary evaluation item setting screen 例示的な結果を示すShowing exemplary results 別の例示的な結果を示す図Diagram showing another exemplary result 本発明の金属空気電池の電池特性を評価する方法を示すフローチャートFlowchart showing a method for evaluating battery characteristics of the metal-air battery of the present invention 本発明の別の金属空気電池の電池特性を評価する方法を示すフローチャートFlowchart showing a method for evaluating battery characteristics of another metal-air battery of the present invention 例1の充放電特性測定条件設定画面を示す図Diagram showing the charge/discharge characteristic measurement condition setting screen of Example 1 例1のリチウムイオン電池の重量変化量と充放電特性とを示す図Diagram showing the amount of weight change and charge/discharge characteristics of the lithium ion battery of Example 1 例1のリチウムイオン電池の重量変化量と温度変化とを示す図Diagram showing the amount of weight change and temperature change of the lithium ion battery of Example 1 例2のリチウムイオン電池の重量変化量と温度変化とを示す図Diagram showing the amount of weight change and temperature change of the lithium ion battery of Example 2 例3の充放電特性測定条件設定画面を示す図Diagram showing the charge/discharge characteristic measurement condition setting screen of Example 3 例3のリチウム空気電池の電池特性の結果を示す図Diagram showing the results of battery characteristics of the lithium-air battery of Example 3 例3のリチウム空気電池の電池特性の別の結果を示す図A diagram showing another result of the battery characteristics of the lithium-air battery of Example 3 例4の重量測定条件設定画面を示す図Diagram showing the weight measurement condition setting screen of Example 4 例4のリチウム空気電池の電池特性の結果を示す図Diagram showing the results of battery characteristics of the lithium-air battery of Example 4 例4のリチウム空気電池の電池特性の別の結果を示す図A diagram showing another result of the battery characteristics of the lithium-air battery of Example 4 例4のリチウム空気電池の電池特性の別の結果を示す図A diagram showing another result of the battery characteristics of the lithium-air battery of Example 4 例4のリチウム空気電池の電池特性の別の結果を示す図A diagram showing another result of the battery characteristics of the lithium-air battery of Example 4

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の番号を付し、その説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that similar elements are given similar numbers and their explanations will be omitted.

図1は、本発明の評価装置を示す概略図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an evaluation device of the present invention.

本発明の評価装置100は、金属空気電池の電池特性を測定する。ここで、対象とする金属空気電池は、リチウム空気電池、リチウム二酸化炭素電池、ナトリウム空気電池、空気亜鉛電池、空気鉄電池、空気アルミニウム電池、空気マグネシウム電池等の外部ガスとやり取りをする金属電池である。以降の説明では簡単のため金属空気電池としてリチウム空気電池を用い、外部ガスが酸素である場合を参照して説明する。なお、本願明細書において外部ガスを総称して単に空気と称する場合がある。 The evaluation device 100 of the present invention measures battery characteristics of a metal-air battery. Here, the metal-air batteries in question are metal batteries that interact with external gas, such as lithium-air batteries, lithium-carbon dioxide batteries, sodium-air batteries, zinc-air batteries, iron-air batteries, aluminum-air batteries, and magnesium-air batteries. be. In the following description, for simplicity, a lithium-air battery is used as the metal-air battery and the external gas is oxygen. Note that in this specification, external gas may be collectively referred to simply as air.

本発明の評価装置100は、金属空気電池(図1中ではセルとして示す)の重量を測定する重量測定部110と、金属空気電池を載置するためのステージ120を備え、ステージ120を昇降させる昇降部130と、少なくとも重量測定部110と金属空気電池とを収容する筐体140と、金属空気電池の充放電特性を測定する充放電特性測定部150と、昇降部130と重量測定部110と充放電特性測定部150との動作を制御し、金属空気電池の電池特性を評価する制御部160とを備える。 The evaluation device 100 of the present invention includes a weight measurement unit 110 that measures the weight of a metal-air battery (shown as a cell in FIG. 1), and a stage 120 on which the metal-air battery is placed, and that raises and lowers the stage 120. an elevating section 130, a casing 140 that accommodates at least the weight measuring section 110 and the metal-air battery, a charge-discharge characteristic measuring section 150 that measures the charge-discharge characteristics of the metal-air battery, the elevating section 130 and the weight measuring section 110. It includes a control section 160 that controls the operation with the charge/discharge characteristic measurement section 150 and evaluates the battery characteristics of the metal-air battery.

このような構成により、本発明の評価装置100は、金属空気電池の重量変化を長期間にわたって正確に測定するとともに、金属空気電池の重量測定と充放電測定とを同時に測定し、それらの結果を互いに関連付けて記憶するので、金属空気電池の充放電反応に伴う、電解液揮発速度、充放電に伴う重量変化量、空気の反応排出に伴う電子数、静電容量等を算出でき、金属空気電池の性能評価を長期間にわたって高精度に実施できる。以降では、各構成要素を詳細に説明する。 With such a configuration, the evaluation device 100 of the present invention can accurately measure the weight change of the metal-air battery over a long period of time, simultaneously measure the weight and charge/discharge measurement of the metal-air battery, and compare the results. Since they are stored in association with each other, it is possible to calculate the electrolyte volatilization rate, weight change due to charging and discharging, number of electrons due to reaction and discharge of air, capacitance, etc. associated with the charge/discharge reaction of the metal-air battery. performance evaluation can be performed with high accuracy over a long period of time. Hereinafter, each component will be explained in detail.

重量測定部110は、金属空気電池の重量を測定可能なものであれば特に制限はないが、一例として電子天秤がある。重量測定部110は、図1では、有線にて制御部160と接続されているが、Wi-Fi(登録商標)およびBluetoothなどの無線通信によって制御部160と接続するようにしてもよい。 The weight measurement unit 110 is not particularly limited as long as it can measure the weight of the metal-air battery, but an example is an electronic balance. Although the weight measurement unit 110 is connected to the control unit 160 by wire in FIG. 1, it may be connected to the control unit 160 by wireless communication such as Wi-Fi (registered trademark) and Bluetooth.

昇降部130は、金属空気電池を載置するステージ120を備え、ステージ120が重量測定部110の測定位置(図1の左図)と、ステージ120が重量測定部110から離間した位置(図1の右図)とを繰り返し昇降するモータ等の駆動機構を備える。このように、昇降部130によって、金属空気電池の重量は、ユーザが設定した間隔で測定されることになる。この結果、金属空気電池の重量測定は、測定ごとにゼロ点補正がされることになり、金属空気電池の重量が正確に測定される。昇降部130は、図1では、有線にて制御部160と接続されているが、Wi-Fi(登録商標)およびBluetoothなどの無線通信によって制御部160と接続するようにしてもよい。 The elevating section 130 includes a stage 120 on which the metal-air battery is placed, and the stage 120 is placed at the measurement position of the weight measurement section 110 (left diagram in FIG. 1) and the position where the stage 120 is separated from the weight measurement section 110 (see (Figure on the right) is equipped with a drive mechanism such as a motor that repeatedly moves up and down. In this way, the weight of the metal-air battery is measured by the lifting unit 130 at intervals set by the user. As a result, when measuring the weight of the metal-air battery, zero point correction is performed for each measurement, and the weight of the metal-air battery is accurately measured. Although the elevator unit 130 is connected to the control unit 160 by wire in FIG. 1, it may be connected to the control unit 160 by wireless communication such as Wi-Fi (registered trademark) and Bluetooth.

筐体140は、少なくとも、重量測定部110の秤量皿と金属空気電池とを収容し、測定時の温度、雰囲気等の環境を制御するよう機能する。筐体140は、好ましくは、ガス給気口170およびガス排気口180を備え、ガス給気口170を雰囲気制御ガスに接続し、筐体140内の雰囲気を制御できるようにしてもよい。このような雰囲気制御ガスには、酸素ガス、二酸化炭素ガス、および、窒素、アルゴン、ヘリウム、キセノン等の希ガスを採用できる。なお、図1では、筐体140は、重量測定部110および金属空気電池に加えて、昇降部130を含むように示すが、昇降部130を含むことは必須ではない。 The housing 140 houses at least the weighing pan and the metal air battery of the weight measuring section 110, and functions to control the environment such as temperature and atmosphere during measurement. The housing 140 preferably includes a gas inlet 170 and a gas outlet 180, and the gas inlet 170 may be connected to an atmosphere control gas so that the atmosphere within the housing 140 can be controlled. Oxygen gas, carbon dioxide gas, and rare gases such as nitrogen, argon, helium, and xenon can be used as such atmosphere control gases. In addition, in FIG. 1, the housing 140 is shown to include the elevating section 130 in addition to the weight measuring section 110 and the metal-air battery, but it is not essential to include the elevating section 130.

充放電特性測定部150は、金属空気電池のレスト(休止または無電流)、充電および放電時の放電充放電特性を測定する充放電試験機であってよい。充放電特性測定部150は金属空気電池と導線を介して接続される。このような導線には特に制限はないが、重量測定部110の重量変化量への影響を考慮して、直径10μm以上250μm以下を有する銅線、カーボンナノチューブワイヤ、金線等を使用できる。中でも、直径10μm以上50μm以下を有する金線は、重量変化量への影響が小さいため好ましい。 The charge/discharge characteristic measuring section 150 may be a charge/discharge tester that measures the discharge/charge/discharge characteristics of the metal-air battery during rest (rest or no current), charging, and discharging. The charge/discharge characteristic measuring section 150 is connected to the metal-air battery via a conductive wire. Although there is no particular restriction on such a conductive wire, a copper wire, a carbon nanotube wire, a gold wire, or the like having a diameter of 10 μm or more and 250 μm or less can be used in consideration of the influence on the amount of weight change of the weight measurement unit 110. Among these, a gold wire having a diameter of 10 μm or more and 50 μm or less is preferable because it has a small influence on the amount of weight change.

充放電特性測定部150は、図1では、有線にて制御部160と接続されているが、Wi-Fi(登録商標)およびBluetoothなどの無線通信によって制御部160と接続するようにしてもよい。また、充放電特性測定部150は、筐体140に収容させる必要はないが、筐体140の容量によっては収容させてもよい。 Although the charging/discharging characteristic measuring section 150 is connected to the control section 160 by wire in FIG. 1, it may be connected to the control section 160 by wireless communication such as Wi-Fi (registered trademark) and Bluetooth. . Further, the charge/discharge characteristic measuring section 150 does not need to be housed in the casing 140, but may be housed depending on the capacity of the casing 140.

本発明の評価装置100は、筐体140内に温度検出部190をさらに備えてもよい。これにより、筐体140内の温度を測定できる。このような温度検出部190は、一例として、熱電対であり得る。温度検出部190は、図1では、有線にて制御部160と接続されているが、Wi-Fi(登録商標)およびBluetoothなどの無線通信によって制御部160と接続するようにしてもよい。 The evaluation device 100 of the present invention may further include a temperature detection section 190 within the housing 140. Thereby, the temperature inside the housing 140 can be measured. Such temperature detection unit 190 may be a thermocouple, for example. Although the temperature detection unit 190 is connected to the control unit 160 by wire in FIG. 1, it may be connected to the control unit 160 by wireless communication such as Wi-Fi (registered trademark) and Bluetooth.

本発明の評価装置100は、筐体140内に気圧検出部(図示せず)をさらに備えてもよい。これにより、筐体140内の気圧を測定できる。このような気圧検出部は、一例として、気圧計であり得る。温度検出部190と同様に、気圧検出部も、有線または無線にて制御部160と接続されてよい。評価装置100が、温度検出部190と気圧検出部とを両方備えていてもよいし、いずれか一方でもよいが、両方備えることにより、温度および気圧が金属空気電池の重量変化量に及ぼす影響を考慮した測定を実施できるため、高精度な評価を可能にする。 The evaluation device 100 of the present invention may further include an air pressure detection section (not shown) within the housing 140. Thereby, the atmospheric pressure inside the housing 140 can be measured. Such an atmospheric pressure detection unit may be a barometer, for example. Similar to the temperature detection section 190, the atmospheric pressure detection section may also be connected to the control section 160 by wire or wirelessly. The evaluation device 100 may include both the temperature detection section 190 and the atmospheric pressure detection section, or either one, but by including both, the influence of temperature and atmospheric pressure on the amount of weight change of the metal-air battery can be reduced. Since measurements can be taken with this in mind, highly accurate evaluations are possible.

本発明の評価装置100は、筐体140内の温度を保持する温度制御装置(図示せず)をさらに備えてもよい。これにより、筐体140内の温度を一定に保持することができる。このような温度制御装置は、加熱および/または冷却が可能なものであり、恒温試験機、恒温槽等を採用できる。温度制御装置も、有線または無線にて制御部160と接続されてよい。 The evaluation device 100 of the present invention may further include a temperature control device (not shown) that maintains the temperature inside the housing 140. Thereby, the temperature inside the housing 140 can be kept constant. Such a temperature control device is capable of heating and/or cooling, and may be a constant temperature tester, a constant temperature bath, or the like. The temperature control device may also be connected to the control unit 160 by wire or wirelessly.

制御部160は、昇降部130と重量測定部110と充放電特性測定部150との動作を制御し、重量測定部110および充放電特性測定部150が取得した情報に基づいて、金属空気電池の電池特性の評価を行う。このような制御部160は、汎用のパーソナルコンピュータであってもよいし、専用の端末装置であってもよい。図1では、制御部160として、例示として、キーボード、マウス等の入力装置とディスプレイ等の表示装置を備えたパーソナルコンピュータを示す。 The control unit 160 controls the operations of the lifting unit 130, the weight measuring unit 110, and the charge/discharge characteristic measuring unit 150, and determines the temperature of the metal-air battery based on the information acquired by the weight measuring unit 110 and the charge/discharge characteristic measuring unit 150. Evaluate battery characteristics. Such a control unit 160 may be a general-purpose personal computer or a dedicated terminal device. In FIG. 1, as an example, the control unit 160 is a personal computer equipped with an input device such as a keyboard and a mouse, and a display device such as a display.

図2は、本発明の評価装置の制御部の構成を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the control section of the evaluation device of the present invention.

制御部160は、機能ブロックとして、昇降部130のステージ120を昇降させ、重量測定部110および充放電特性測定部150による測定を実行し、金属空気電池の重量変化量および充放電特性を取得する測定制御部210と、測定制御部210で取得された重量変化量および充放電特性に基づいて、金属空気電池の電池特性を算出・評価する算出・評価部220とを備える。 The control unit 160, as a functional block, raises and lowers the stage 120 of the elevating unit 130, performs measurements by the weight measuring unit 110 and the charging/discharging characteristics measuring unit 150, and obtains the amount of weight change and charging/discharging characteristics of the metal-air battery. It includes a measurement control section 210 and a calculation/evaluation section 220 that calculates and evaluates the battery characteristics of the metal-air battery based on the amount of weight change and charge/discharge characteristics acquired by the measurement control section 210.

本発明の評価装置100は、昇降部130がステージ120を測定位置とそこからの離間とを繰り返しながら、金属空気電池の重量変化量を測定するので、重量測定部のゼロ点補正を測定のたびに行うことができる。これにより金属空気電池の重量変化量を長期間にわたって正確に測定することができる。さらに、重量変化量とともに充放電特性も同時に測定するため、金属空気電池の充放電反応効率を高精度に算出・評価できる。このような観点から、本願明細書において、電池特性の評価とは、金属空気電池を充放電特性によって評価するものを意図する。 In the evaluation device 100 of the present invention, the elevating section 130 repeatedly moves the stage 120 to and from the measurement position while measuring the amount of weight change of the metal-air battery. can be done. Thereby, the amount of weight change of the metal-air battery can be accurately measured over a long period of time. Furthermore, since the charge/discharge characteristics are measured simultaneously with the amount of weight change, the charge/discharge reaction efficiency of the metal-air battery can be calculated and evaluated with high precision. From this point of view, in the present specification, evaluation of battery characteristics is intended to evaluate a metal-air battery based on its charging and discharging characteristics.

制御部160は、算出・評価部220による結果を表示する表示部230を備えてよい。表示部230は、例えば、液晶ディスプレイである。表示部230には、結果に加えて、測定制御部210が行う重量測定部110および充放電特性測定部150の測定条件の設定画面等が表示されてもよい。 The control unit 160 may include a display unit 230 that displays the results of the calculation/evaluation unit 220. The display unit 230 is, for example, a liquid crystal display. In addition to the results, the display section 230 may display a setting screen for measurement conditions of the weight measurement section 110 and the charge/discharge characteristic measurement section 150 performed by the measurement control section 210.

制御部160は、ユーザからの入力操作を受け付ける入力部240を備えていてよい。入力部240は、例えば、キーボート、マウス、ボタン、タッチパネル、タッチセンサ、タッチペン、音声入力等である。 The control unit 160 may include an input unit 240 that accepts input operations from the user. The input unit 240 is, for example, a keyboard, a mouse, a button, a touch panel, a touch sensor, a touch pen, a voice input, or the like.

制御部160は、測定制御部210、算出・評価部220等が実行する各種のプログラム(評価プログラム)、OSプログラム、アプリケーションプログラム、これらを実行するときに読み出す各種データを記録する記憶部250を備えていてよい。記憶部250は、重量測定部110が測定した重量変化量と、充放電特性測定部150が測定した充放電特性とを互いに関連付けて記憶する。このような記憶部250は、ハードディスク、フラッシュメモリなどの不揮発性の記憶装置である。 The control unit 160 includes a storage unit 250 that records various programs (evaluation programs) executed by the measurement control unit 210, calculation/evaluation unit 220, etc., an OS program, an application program, and various data read out when these programs are executed. It's okay to stay. The storage unit 250 stores the weight change amount measured by the weight measurement unit 110 and the charge/discharge characteristics measured by the charge/discharge characteristic measurement unit 150 in association with each other. The storage unit 250 is a nonvolatile storage device such as a hard disk or flash memory.

制御部160は、重量測定部110による重量変化量を補正する秤量値補正部260を備えてもよい。秤量値補正部260は、温度検出部190および/または気圧検出部(図示せず)によって測定された温度変動および/または気圧変動に伴う、秤量値の変動が生じる場合に、重量測定部110の感度ドリフト値で秤量値を補正する。感度ドリフト値は、予め、重量測定部110が備えていてもよいし、測定直前に分銅やセルホルダ等不変重量品の秤量値変化の温度変動/気圧変動依存性があるかを調べ、変化量に応じて設定してもよい。このような観点から、測定制御部210は、金属空気電池以外にも不変重量品の重量変化量(秤量値)を取得してもよい。 The control unit 160 may include a weighed value correction unit 260 that corrects the amount of weight change caused by the weight measurement unit 110. The weighed value correction section 260 corrects the weight measurement section 110 when the weighed value changes due to temperature fluctuations and/or atmospheric pressure fluctuations measured by the temperature detecting section 190 and/or the atmospheric pressure detecting section (not shown). Correct the weighing value using the sensitivity drift value. The sensitivity drift value may be provided in advance in the weight measuring section 110, or it may be determined immediately before measurement whether there is a dependence on temperature fluctuations/pressure fluctuations of weight value changes of constant weight items such as weights and cell holders, and the You may set it accordingly. From this point of view, the measurement control unit 210 may obtain the amount of weight change (weighed value) of a constant weight item other than the metal-air battery.

図2を参照して、算出・評価部220をさらに詳述する。
制御部160は、さらに、電解液揮発速度算出部221、放電重量変化量算出部222、反応電子数算出部223、充電重量変化量算出部224、および、静電容量算出部225を機能ブロックとして備えてよい。
With reference to FIG. 2, the calculation/evaluation unit 220 will be described in further detail.
The control unit 160 further includes an electrolyte volatilization rate calculation unit 221, a discharge weight change calculation unit 222, a reaction electron number calculation unit 223, a charged weight change calculation unit 224, and a capacitance calculation unit 225 as functional blocks. You can prepare.

算出・評価部220は、好ましくは、金属空気電池中の電解液が経過時間に伴い自然に揮発する速度を算出する電解液揮発速度算出部221を備える。電解液揮発速度算出部221は、充放電特性測定部150による充放電特性のレスト中における時刻tの重量変化量Wtrと、時刻tr0(ただし、t>tr0)の重量変化量Wtr0との重量変化量差Wt-Wtr0を時間差t-tr0で除し、電解液揮発速度((Wt-Wtr0)/(t-tr0))を算出する。例示的な時間差は、30分以上50時間以下の時間差である。この時間差を使用することにより、電解液揮発速度を算出できる。ここで、電解液揮発速度算出部221は、記憶部250から時間tとtr0との重量変化量を読み出す。以降では電解液揮発速度をrvolと称す。 The calculation/evaluation unit 220 preferably includes an electrolyte volatilization rate calculation unit 221 that calculates the rate at which the electrolyte in the metal-air battery naturally volatilizes over time. The electrolyte volatilization rate calculation unit 221 calculates the amount of weight change W tr at time t r and the amount of weight change at time t r0 (where t r > t r0 ) during the rest of the charge/discharge characteristics measured by the charge/discharge characteristic measurement unit 150. The weight change difference Wt r -Wt r0 with respect to Wt r0 is divided by the time difference t r -t r0 to calculate the electrolyte volatilization rate ((Wt r -Wt r0 )/(t r -t r0 )). An exemplary time difference is a time difference of 30 minutes or more and 50 hours or less. By using this time difference, the electrolyte volatilization rate can be calculated. Here, the electrolyte volatilization rate calculation unit 221 reads the amount of weight change between times t r and t r0 from the storage unit 250 . Hereinafter, the electrolyte volatilization rate will be referred to as r vol .

算出・評価部220は、好ましくは、放電反応のみに起因する金属空気電池の重量変化量を算出する放電重量変化量算出部222を備える。放電重量変化量算出部222は、充放電特性測定部150による充放電特性の放電中における時刻tの重量変化量から、その時刻tまでに自然に揮発した電解液揮発量を減じ、これを放電重量変化量とする。 The calculation/evaluation section 220 preferably includes a discharge weight change amount calculation section 222 that calculates the weight change amount of the metal-air battery due only to the discharge reaction. The discharge weight change amount calculation unit 222 subtracts the amount of electrolyte volatilization that has spontaneously volatilized up to that time t d from the amount of weight change at time t d during discharging of the charge/discharge characteristics determined by the charge/discharge characteristic measurement unit 150 . Let be the discharge weight change amount.

詳細には、放電重量変化量算出部222は、充放電特性の放電中における時刻tの重量変化量Wtと、時刻td0(ただし、t>td0)の重量変化量Wtd0との重量変化量差(Wt-Wtd0)から、時間(t-td0)の間に自然に揮発した電解液量(rvolx(t-td0))を計算してこれを減じ、放電重量変化量((Wt-Wtd0)-(rvolx(t-td0)))とする。ここで、rvolは、先に求めた電解液揮発速度である。 Specifically, the discharge weight change amount calculation unit 222 calculates the weight change amount Wt d at time t d during discharging of the charge/discharge characteristics, the weight change amount Wt d0 at time t d0 (however, t d >t d0 ), and From the difference in weight change ( Wt d - Wt d0 ), calculate the amount of electrolyte (r vol The discharge weight change amount ((Wt d - Wt d0 ) - (r vol x (t d - t d0 ))) is obtained by subtracting the equation. Here, r vol is the electrolyte volatilization rate determined previously.

このように、放電重量変化量算出部222は、記憶部250から時刻tの重量変化量Wtを読み出し、この値から放電直前のレスト時の電解液揮発速度を用いて算出した時刻tにおける電解液揮発量を減じる。電解液揮発速度は、電解液揮発速度算出部221が算出した値である。また、「放電直前のレスト」とは、レスト、放電、レスト、充電の順番の充放電特性の場合には、放電前のレストを意図し、レスト、放電、充電の順番の充放電特性の場合には、放電前のレストを意図する。 In this way, the discharge weight change amount calculation unit 222 reads the weight change amount Wt d at time t d from the storage unit 250, and calculates the time t d from this value using the electrolyte volatilization rate at the time of rest immediately before discharge. Reduces the amount of electrolyte volatilization in The electrolyte volatilization rate is a value calculated by the electrolyte volatilization rate calculation unit 221. In addition, "rest just before discharging" means rest before discharging in the case of charge-discharge characteristics in the order of rest, discharge, rest, and charge, and in the case of charge-discharge characteristics in the order of rest, discharge, and charge. Intend to rest before discharge.

放電重量変化量算出部222は、ユーザの設定により所定の時間間隔で算出するようにしてもよいし、金属空気電池の重量変化量を測定するたびに算出するようにしてもよい。 The discharge weight change amount calculation unit 222 may calculate the amount at predetermined time intervals according to the user's settings, or may calculate it every time the amount of weight change of the metal-air battery is measured.

算出・評価部220は、好ましくは、放電反応時に金属空気電池の酸素と反応している電子数を算出する反応電子数算出部223を備える。反応電子数算出部223は、放電重量変化量算出部222で算出された充放電特性の放電中における時間間隔Δtの放電反応のみに起因する重量変化量を、時間間隔Δtで除し、重量変化速度を算出し、充放電特性の測定に用いた電流値をこの重量変化速度で除し、これを反応電子数とする。例示的な時間間隔Δtは、1秒以上60秒以下の範囲である。 The calculation/evaluation section 220 preferably includes a reaction electron number calculation section 223 that calculates the number of electrons reacting with oxygen in the metal-air battery during the discharge reaction. The reaction electron number calculation unit 223 divides the amount of weight change due only to the discharge reaction during the time interval Δt d during discharging of the charge/discharge characteristics calculated by the discharge weight change amount calculation unit 222 by the time interval Δt d , The rate of weight change is calculated, and the current value used to measure the charge/discharge characteristics is divided by this rate of weight change, and this is taken as the number of reaction electrons. An exemplary time interval Δt d ranges from 1 second to 60 seconds.

例えば、金属空気電池がリチウム空気電池の場合、放電時は次式で表される電気化学反応が生じる。
2Li +2e + O →Li
したがって、反応電子数が+2に近い値であればあるほど、放電効率に優れたリチウム空気電池であると評価できる。
For example, when the metal-air battery is a lithium-air battery, an electrochemical reaction expressed by the following formula occurs during discharge.
2Li + +2e - + O 2 →Li 2 O 2
Therefore, the closer the number of reactive electrons is to +2, the more excellent the lithium-air battery can be evaluated to be in terms of discharge efficiency.

算出・評価部220は、好ましくは、充電反応のみに起因する金属空気電池中の電解液の重量変化量を算出する充電重量変化量算出部224を備える。充電重量変化量算出部224は、充放電特性測定部150による充放電特性の充電中における時刻tの重量変化量から、その時刻tまでに自然に揮発した電解液揮発量を減じ、これを充電重量変換量とする。 The calculation/evaluation section 220 preferably includes a charged weight change amount calculation section 224 that calculates the amount of weight change of the electrolyte in the metal-air battery caused only by the charging reaction. The charged weight change amount calculation unit 224 subtracts the amount of electrolyte volatilization that has spontaneously evaporated up to that time t c from the amount of weight change at time t c during charging of the charge/discharge characteristics measured by the charge/discharge characteristic measurement unit 150 , Let be the charge weight conversion amount.

詳細には、充電重量変化量算出部224は、充放電特性の充電中における時刻tの重量変化量Wtと、時刻tc0(ただし、t>tc0)の重量変化量Wtc0との重量変化量差(Wt-Wtc0)から、時間(t-tc0)の間に自然に揮発した電解液量(rvolx(t-tc0))を計算してこれを減じ、充電重量変化量((Wt-Wtc0)-(rvolx(t-tc0)))とする。ここでも、rvolは、先に求めた電解液揮発速度である。 Specifically, the charged weight change amount calculation unit 224 calculates the amount of weight change Wt c at time t c during charging and the amount of weight change Wt c0 at time t c0 (where t c >t c0 ) in charge/discharge characteristics. From the difference in weight change ( Wt c - Wt c0 ), calculate the amount of electrolyte (r vol The charge weight change amount ((Wt c - Wt c0 ) - (r vol x (t c - t c0 ))) is obtained. Here, r vol is the electrolyte volatilization rate determined previously.

このように、充電重量変化量算出部224は、記憶部250から時刻tの重量変化量を読み出し、この値から充電直前のレスト時の電解液揮発速度を用いて算出した時刻tにおける電解液揮発量を減じる。電解液揮発速度は、電解液揮発速度算出部221が算出した値である。 In this way, the charged weight change amount calculating unit 224 reads the weight change amount at time tc from the storage unit 250, and calculates the electrolysis rate at time tc calculated from this value using the electrolyte volatilization rate at the time of rest immediately before charging. Reduces liquid volatilization. The electrolyte volatilization rate is a value calculated by the electrolyte volatilization rate calculation unit 221.

充電重量変化量算出部224は、ユーザの設定により所定の時間間隔で算出するようにしてもよいし、金属空気電池の重量変化量を測定するたびに算出するようにしてもよい。 The charged weight change amount calculation unit 224 may calculate the amount at predetermined time intervals according to the user's settings, or may calculate it every time the amount of weight change of the metal-air battery is measured.

反応電子数算出部223は、充電反応時に金属空気電池の酸素の排出に要する電子数を算出してもよい。この場合、反応電子数算出部223は、充電重量変化量算出部224で算出された充放電特性の充電中における時間間隔Δtの充電反応のみに起因する重量変化量を、時間間隔Δtで除し、重量変化速度を算出し、充放電特性の測定に用いた電流値をこの重量変化速度で除し、これを反応電子数とする。例示的な時間間隔Δtは、1秒以上60秒以下の範囲である。 The reaction electron number calculation unit 223 may calculate the number of electrons required to discharge oxygen from the metal-air battery during the charging reaction. In this case, the reaction electron number calculation unit 223 calculates the amount of weight change due only to the charging reaction during charging of the charging/discharging characteristics calculated by the charging weight change amount calculation unit 224 at the time interval Δt c . The weight change rate is calculated, and the current value used to measure the charge/discharge characteristics is divided by this weight change rate, and this is taken as the number of reaction electrons. An exemplary time interval Δt c ranges from 1 second to 60 seconds.

例えば、金属空気電池がリチウム空気電池の場合、充電時は次式で表される電気化学反応が生じる。
2Li +2e + O ←Li
したがって、反応電子数が-2に近い値であればあるほど、充電効率に優れたリチウム空気電池であると評価できる。
For example, when the metal-air battery is a lithium-air battery, an electrochemical reaction expressed by the following formula occurs during charging.
2Li + +2e - + O 2 ←Li 2 O 2
Therefore, the closer the number of reaction electrons is to -2, the more excellent the charging efficiency of the lithium-air battery can be evaluated.

上述したように、反応電子数算出部223は、放電時のみ、充電時のみ、あるいは、放電時および充電時の両方に酸素の吸収/排出に要した電子数を算出してもよい。 As described above, the reaction electron number calculation unit 223 may calculate the number of electrons required for absorbing/emitting oxygen only during discharging, only during charging, or both during discharging and charging.

算出・評価部220は、好ましくは、静電容量を算出する静電容量算出部225を備える。静電容量算出部225は、充放電特性の放電開始後、かつ、重量変化が生じるまでに要した時間ΔTと、時間ΔTの間に流された電流値(mA)とから算出する。詳細には、静電容量(mAh)は、次式に基づく。算出された静電容量だけの放電が進行していることが分かる。
静電容量(mAh)=電流(mA)×時間ΔT
The calculation/evaluation section 220 preferably includes a capacitance calculation section 225 that calculates capacitance. The capacitance calculation unit 225 calculates the charge/discharge characteristics from the time ΔT required after the start of discharging and until the weight change occurs, and the current value (mA) passed during the time ΔT. In detail, the capacitance (mAh) is based on the following formula. It can be seen that discharge is progressing by the calculated capacitance.
Capacitance (mAh) = Current (mA) x Time ΔT

次に、本発明の評価装置100の動作を説明する。
評価されるべき金属空気電池が昇降部130のステージ120に載置され、必要に応じて、筐体140内の雰囲気ガスや温度が制御されると、制御部160の測定制御部210は、ユーザからの重量測定部110および充放電特性測定部150の測定条件を受け取り、昇降部130のステージ120を昇降させ、重量測定部110および充放電特性測定部150の測定を同時に実行し、重量変化量および充放電特性を連続して取得する。取得した重量変化量および充放電特性に係るデータは、例えば、経過時間によって互いに関連付けて測定制御部210に一時的に格納してもよいし、記憶部250に格納するようにしてもよい。ここでは、記憶部250に取得しデータが記憶されるものとする。
Next, the operation of the evaluation device 100 of the present invention will be explained.
When the metal-air battery to be evaluated is placed on the stage 120 of the lifting section 130 and the atmospheric gas and temperature inside the housing 140 are controlled as necessary, the measurement control section 210 of the control section 160 The measurement conditions of the weight measuring section 110 and the charging/discharging characteristic measuring section 150 are received from , the stage 120 of the lifting section 130 is raised and lowered, the weight measuring section 110 and the charging/discharging characteristic measuring section 150 are simultaneously measured, and the amount of weight change is determined. and charge/discharge characteristics are acquired continuously. The acquired data regarding the amount of weight change and charge/discharge characteristics may be temporarily stored in the measurement control unit 210 or may be stored in the storage unit 250 in association with each other based on elapsed time, for example. Here, it is assumed that the acquired data is stored in the storage unit 250.

次いで、制御部160の算出・評価部220は、取得された重量変化量および充放電特性のデータを記憶部250から読み出し、金属空気電池の電池特性を算出・評価する。詳細には、算出・評価部220は、ユーザからの評価条件を受け取り、電解液揮発速度算出部221が電解液揮発速度を算出したり、放電重量変化量算出部222が放電反応時の重量変化量を算出したり、充電重量変化量算出部224が充電反応時の重量変化量を算出したり、反応電子数算出部223が、放電反応時および/または充電反応時の空気の吸収・排出に要する電子数を算出したり、静電容量算出部225が静電容量を算出したりする。これらの評価を同時に行ってもよいし、いずれかを選択して行ってもよい。制御部160は、これらの結果を表示部230に表示してもよい。 Next, the calculation/evaluation section 220 of the control section 160 reads out the acquired weight change amount and charge/discharge characteristic data from the storage section 250, and calculates and evaluates the battery characteristics of the metal-air battery. Specifically, the calculation/evaluation unit 220 receives evaluation conditions from the user, and the electrolyte volatilization rate calculation unit 221 calculates the electrolyte volatilization rate, and the discharge weight change amount calculation unit 222 calculates the weight change during the discharge reaction. The charged weight change amount calculating section 224 calculates the amount of weight change during the charging reaction, and the reaction electron number calculating section 223 calculates the amount of air absorbed and discharged during the discharging reaction and/or the charging reaction. The required number of electrons is calculated, and the capacitance calculation unit 225 calculates the capacitance. These evaluations may be performed simultaneously or by selecting one of them. The control unit 160 may display these results on the display unit 230.

算出・評価部220は、互いに関連付けられた重量変化量および充放電特性のデータを用いて、長期間にわたって金属空気電池の性能評価を行うことができる。さらに、金属空気電池の重量変化量は、測定のたびにゼロ点補正されているため、得られる性能評価は高精度であり、信頼性が高い。 The calculation/evaluation unit 220 can evaluate the performance of the metal-air battery over a long period of time using data on the amount of weight change and charge/discharge characteristics that are associated with each other. Furthermore, since the weight change of the metal-air battery is zero-point corrected each time it is measured, the resulting performance evaluation is highly accurate and reliable.

図3は、例示的なグラフィカルユーザインターフェース(GUI)画面を示す図である。 FIG. 3 is an illustration of an exemplary graphical user interface (GUI) screen.

図3には、ユーザが評価装置100を操作するための操作画面として、例示的なGUI画面を示す。操作画面は、制御部160の表示部230に表示されてよい。このような画面の操作は、上述の入力部240によって行われる。 FIG. 3 shows an exemplary GUI screen as an operation screen for the user to operate the evaluation device 100. The operation screen may be displayed on the display unit 230 of the control unit 160. Such screen operations are performed using the input unit 240 described above.

トップページ300は、重量測定条件設定ボタン310、充放電特性測定条件設定ボタン320、評価項目設定ボタン330、測定実行ボタン340、結果ボタン350および終了ボタン360を備える。 The top page 300 includes a weight measurement condition setting button 310, a charge/discharge characteristic measurement condition setting button 320, an evaluation item setting button 330, a measurement execution button 340, a result button 350, and an end button 360.

図4は、例示的な重量測定条件設定画面を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing an exemplary weight measurement condition setting screen.

ユーザが重量測定条件設定ボタン310を選択すると、重量測定条件設定画面400に移る。ユーザは、金属空気電池や不変重量品の重量測定の条件を適宜設定する。例えば、図4では、昇降部130が備えるステージ120の昇降速度、測定周期、測定回数、重量測定までの待機時間およびTareまでの待機時間を設定できる。図4では、秤量値補正はオフとなっている。また、重量測定条件設定画面400には、測定時の重量、現在の測定回数、経過時間などをリアルタイムに表示されてもよい。 When the user selects the weight measurement condition setting button 310, the screen moves to a weight measurement condition setting screen 400. The user appropriately sets conditions for measuring the weight of a metal-air battery or a constant weight item. For example, in FIG. 4, the lifting speed of the stage 120 included in the lifting section 130, the measurement period, the number of measurements, the waiting time until weight measurement, and the waiting time until Tare can be set. In FIG. 4, weighed value correction is turned off. Further, the weight measurement condition setting screen 400 may display the weight at the time of measurement, the current number of measurements, elapsed time, etc. in real time.

重量測定条件の設定を入力し、設定ボタンを選択し、測定条件を確定させた後、トップページ300に戻る。測定実行ボタン340を選択すると、測定制御部210は、重量測定条件で設定された測定条件を昇降部130および重量測定部110に送り、昇降部130がステージ120を昇降させながら、金属空気電池の重量測定を実施する。ここでは、充放電特性測定条件が入力されていないため、金属空気電池の重量測定のみが行われる。測定が終了し、結果ボタン350を選択すると、結果が表示される。 After inputting the weight measurement condition settings, selecting the setting button, and confirming the measurement conditions, the screen returns to the top page 300. When the measurement execution button 340 is selected, the measurement control section 210 sends the measurement conditions set in the weight measurement conditions to the elevating section 130 and the weight measuring section 110, and the elevating section 130 raises and lowers the stage 120 while moving the metal air battery. Perform a weight measurement. Here, since no charge/discharge characteristic measurement conditions are input, only the weight measurement of the metal-air battery is performed. When the measurement is completed and the results button 350 is selected, the results are displayed.

図5は、例示的な重量測定結果を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing exemplary weight measurement results.

評価装置100が温度検出部190を備えている場合、測定結果500には、筐体140内の温度の時間変化と、金属空気電池の重量変化量の時間変化とが示される。図5では、不変重量品である負荷の秤量値が、温度の増減に応じて、変化(ドリフト)している様子が示される。 When the evaluation device 100 includes the temperature detection unit 190, the measurement result 500 shows a temporal change in the temperature within the housing 140 and a temporal change in the amount of weight change of the metal-air battery. FIG. 5 shows how the weighed value of a load, which is a constant weight item, changes (drifts) in response to increases and decreases in temperature.

図6は、別の例示的な重量測定条件設定画面を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing another exemplary weight measurement condition setting screen.

図6は、重量測定条件設定画面600であるが、秤量値補正がオンになっている点が図4と異なる。制御部160の秤量値補正部260は、感度ドリフト値により秤量値を補正する。設定後、測定実行した結果を図7に示す。 FIG. 6 shows a weight measurement condition setting screen 600, which differs from FIG. 4 in that weighing value correction is turned on. The weighed value correction section 260 of the control section 160 corrects the weighed value using the sensitivity drift value. After the settings, the results of measurement are shown in FIG.

図7は、別の例示的な重量測定結果を示す図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating another exemplary weight measurement result.

秤量値補正をオンにすると、測定結果700によれば、負荷の秤量値が、温度の増減に関わらず、一定となる様子が示される。このように、秤量値補正をオンにすることにより、秤量値補正部260が感度ドリフト値を用いて自動的に秤量値を補正する。このような補正された重量変化量は、温度や気圧の変動に関わらず、一定となる。感度ドリフト値は、重量測定部110が予め有する感度ドリフト値であってもよいし、図5のドリフト値を用いて設定してもよい。 When the weighed value correction is turned on, the measured value 700 shows that the weighed value of the load remains constant regardless of changes in temperature. In this way, by turning on the weight value correction, the weight value correction section 260 automatically corrects the weight value using the sensitivity drift value. Such a corrected weight change amount remains constant regardless of changes in temperature or atmospheric pressure. The sensitivity drift value may be a sensitivity drift value that the weight measuring section 110 has in advance, or may be set using the drift value shown in FIG. 5.

図8は、例示的な充放電特性測定条件設定画面を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing an exemplary charge/discharge characteristic measurement condition setting screen.

再度、図3に戻り、ユーザが充放電特性測定条件設定ボタン320を選択すると、充放電特性測定条件設定画面800に移る。ここで、ユーザは、充放電の繰り返し測定回数(サイクル数)に関するシーケンスの選択と、充電時の充電電気量、レストおよび放電時の放電容量を設定するパターンの選択とを行う。 Returning to FIG. 3 again, when the user selects the charge/discharge characteristic measurement condition setting button 320, the screen moves to a charge/discharge characteristic measurement condition setting screen 800. Here, the user selects a sequence regarding the number of repeated measurements (cycle number) of charging and discharging, and selects a pattern for setting the amount of charge electricity during charging, the rest, and the discharge capacity during discharging.

図8では、ユーザは、シーケンスタブにて、シーケンスNo.1を選択して
おり、シーケンスNo.1は、パターンNo.2を用い、サイクル数が20回のシーケンスからなることが分かる。さらに、ユーザは、シーケンスタブにて、シーケンスNo.1で引用されるパターンNo.2の詳細(モード、制御時間、記録時間間隔、カットオフ(目標)電圧、電流)を設定する。目標電圧が2V~4.5Vであることが分かる。
In FIG. 8, the user selects the sequence number on the sequence tab. 1 is selected, and sequence No. 1 is selected. 1 is pattern No. 2, it can be seen that the number of cycles consists of a sequence of 20 times. Furthermore, the user can select the sequence number on the sequence tab. Pattern No. 1 cited in 1. 2 details (mode, control time, recording time interval, cutoff (target) voltage, current). It can be seen that the target voltage is 2V to 4.5V.

予め種々のシーケンス、および、種々のパターンを記憶部250に保存しておけば、読み出すだけでよい。 If various sequences and various patterns are stored in the storage unit 250 in advance, it is only necessary to read them out.

図9は、例示的な評価項目設定画面を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing an exemplary evaluation item setting screen.

重量測定条件の設定および充放電特性測定条件の設定を入力し、設定ボタンを選択し、測定条件を確定させた後、トップページ300に戻る。評価項目設定ボタン330を選択すると、図9に示す金属空気電池の各種評価を設定する評価項目設定画面900が表示される。ここで、電解液揮発速度、放電反応に伴う重量変化量、放電反応に伴う電子数算出、充電反応に伴う重量変化量、充電反応に伴う電子数算出、静電容量算出等の各種評価項目を選択できる。ユーザは、所望の評価項目を選択し、算出間隔等を入力できる。 After inputting the weight measurement condition settings and the charge/discharge characteristic measurement condition settings, and selecting the setting button to confirm the measurement conditions, the screen returns to the top page 300. When the evaluation item setting button 330 is selected, an evaluation item setting screen 900 for setting various evaluations of the metal-air battery shown in FIG. 9 is displayed. Here, various evaluation items such as electrolyte volatilization rate, amount of weight change due to discharge reaction, calculation of number of electrons due to discharge reaction, amount of change in weight due to charge reaction, calculation of number of electrons due to charge reaction, and calculation of capacitance were evaluated. You can choose. The user can select a desired evaluation item and input calculation intervals and the like.

このように、重量測定条件の設定、充放電特性測定条件の設定、および、評価項目の設定を入力し、トップページ300に戻り、測定実行ボタン340を選択すると、測定制御部210は、重量測定条件および充放電特性測定条件で設定された測定条件を、昇降部130、重量測定部110および充放電特性測定部150に送り、昇降部130がステージ120を昇降させながら、金属空気電池の重量測定および充放電特性測定を実施する。 In this way, when the settings for weight measurement conditions, the settings for charge/discharge characteristic measurement conditions, and the settings for evaluation items are entered, the display returns to the top page 300, and the measurement execution button 340 is selected, the measurement control unit 210 performs the weight measurement. The measurement conditions set in the conditions and charge/discharge characteristic measurement conditions are sent to the lifting section 130, the weight measuring section 110, and the charging/discharging characteristic measuring section 150, and while the lifting section 130 raises and lowers the stage 120, the weight of the metal-air battery is measured. and conduct charge/discharge characteristic measurements.

図10は、例示的な結果を示す図である。
図11は、別の例示的な結果を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing exemplary results.
FIG. 11 shows another exemplary result.

測定が終了し、トップページ300の結果ボタン350を選択すると、図10や図11に示す結果画面1000、1100が表示される。結果画面1000は、金属空気電池の正味の重量変化量および充放電特性に加えて、評価項目設定画面900で選択した電解液揮速度に基づいた電解液揮発量の変化を示す。 When the measurement is completed and the result button 350 on the top page 300 is selected, result screens 1000 and 1100 shown in FIGS. 10 and 11 are displayed. The result screen 1000 shows the change in the amount of electrolyte volatilization based on the electrolyte volatilization rate selected on the evaluation item setting screen 900, in addition to the net weight change and charge/discharge characteristics of the metal-air battery.

結果画面1000において次のページへを選択すると、結果画面1100が表示される。結果画面1100は、評価項目設定画面900で選択した充放電反応に伴う重量変化量、充放電反応に伴う重量変化速度、および、充放電反応における反応電子数の変化を示す。ここでは、金属空気電池としてリチウム空気電池の場合を示すため、外部とやりとりする空気は酸素であることから、電子数は「e-/O」と表示されている。結果画面1100の充電反応時の反応電子数に着目すれば、経過時間に伴い-2からずれる傾向を示し、正常な充電反応が進行しなくなることが示唆される。 When proceeding to the next page is selected on the result screen 1000, a result screen 1100 is displayed. The result screen 1100 shows the amount of weight change associated with the charge/discharge reaction selected on the evaluation item setting screen 900, the rate of weight change associated with the charge/discharge reaction, and the change in the number of reaction electrons in the charge/discharge reaction. Here, since the case of a lithium air battery is shown as a metal air battery, the number of electrons is displayed as "e - /O 2 " since the air exchanged with the outside is oxygen. If we pay attention to the number of reaction electrons during the charging reaction on the result screen 1100, it shows a tendency to deviate from -2 as time elapses, suggesting that the normal charging reaction no longer progresses.

結果画面1000、1100からトップページ300に戻り、終了ボタン360を選択すると、アプリケーションが終了する。このようにして、本発明の評価装置100は、金属空気電池の経時的な電池評価を正確な重量変化に基づいて実施できる。 When the user returns to the top page 300 from the result screens 1000 and 1100 and selects the end button 360, the application ends. In this way, the evaluation device 100 of the present invention can evaluate a metal-air battery over time based on accurate weight changes.

図10、図11に示す結果画面以外にも、金属空気電池の重量変化量と充放電特性との特性評価前の測定結果を表示させてもよい。 In addition to the result screens shown in FIGS. 10 and 11, measurement results of the weight change and charge/discharge characteristics of the metal-air battery before characteristic evaluation may be displayed.

次に、本発明の金属空気電池の評価方法を説明する。本発明の評価方法は、図1に示す評価装置を用いて実施されるものとして説明するが、本発明の評価装置に限定されない。各ステップを実施可能な任意の装置を採用し、本発明の評価方法を実施してもよい。
図12は、本発明の金属空気電池の電池特性を評価する方法を示すフローチャートである。
Next, a method for evaluating the metal-air battery of the present invention will be explained. Although the evaluation method of the present invention will be described as being implemented using the evaluation apparatus shown in FIG. 1, it is not limited to the evaluation apparatus of the present invention. Any device capable of performing each step may be employed to implement the evaluation method of the present invention.
FIG. 12 is a flowchart showing a method for evaluating battery characteristics of the metal-air battery of the present invention.

ステップS1210:筐体140等の測定環境内に雰囲気制御ガスをフローする。これにより、金属空気電池の測定環境の雰囲気が制御される。雰囲気制御ガスは、酸素ガス、二酸化炭素ガス、および、窒素、アルゴン、ヘリウム、キセノン等の希ガスであってよい。なお、ステップS1210は必須ではないが、測定環境を制御することにより、より高精度な電池評価を行える。 Step S1210: Flow the atmosphere control gas into the measurement environment such as the housing 140. This controls the atmosphere of the measurement environment of the metal-air battery. The atmosphere control gas may be oxygen gas, carbon dioxide gas, and rare gases such as nitrogen, argon, helium, xenon, and the like. Although step S1210 is not essential, more accurate battery evaluation can be performed by controlling the measurement environment.

ステップS1220:重量測定部110の測定位置への金属空気電池の配置(図1の左図)と、測定位置からの金属空気電池の離間(図1の右図)とを繰り返し、金属空気電池の重量を繰り返し測定する。これにより、金属空気電池の重量測定のたびにゼロ点補正がなされ、正確な重量変化量が得られる。 Step S1220: Repeating the arrangement of the metal-air battery at the measurement position of the weight measurement unit 110 (left figure in FIG. 1) and the separation of the metal-air battery from the measurement position (right figure in FIG. 1). Measure the weight repeatedly. As a result, zero point correction is performed every time the weight of the metal-air battery is measured, and an accurate amount of weight change can be obtained.

このような金属空気電池の重量の繰り返し測定は、昇降部130が金属空気電池を載置したステージ120を一定間隔で昇降させることにより行われる。金属空気電池が測定位置から離間すると、重量測定部110のゼロ点補正がされ、金属空気電池が測定位置になると、重量測定部110が金属空気電池の重量を測定する。測定された重量変化量は、例えば、評価装置100の制御部160の記憶部250に記憶される。 Such repeated measurements of the weight of the metal-air battery are performed by the elevating unit 130 raising and lowering the stage 120 on which the metal-air battery is placed at regular intervals. When the metal-air battery moves away from the measurement position, the weight measurement section 110 performs zero point correction, and when the metal-air battery comes to the measurement position, the weight measurement section 110 measures the weight of the metal-air battery. The measured weight change amount is stored, for example, in the storage unit 250 of the control unit 160 of the evaluation device 100.

ステップS1230:ステップS1220と同時に、金属空気電池の充放電特性を測定する。同時に測定するため、充放電特性を、重量測定のたびにゼロ点補正された経時的な重量変化量と関連付けることができる。充放電特性は、充放電試験機等によって行われる。測定された充放電特性は、評価装置100の制御部160の記憶部250等に記憶されるが、重量変化量の値と、例えば時間で関連付けて記憶される。 Step S1230: Simultaneously with step S1220, the charge/discharge characteristics of the metal-air battery are measured. Because they are measured simultaneously, the charge/discharge characteristics can be associated with the amount of change in weight over time that is zero-point corrected each time the weight is measured. The charge/discharge characteristics are tested using a charge/discharge tester or the like. The measured charge/discharge characteristics are stored in the storage unit 250 of the control unit 160 of the evaluation device 100, and are stored in association with the weight change amount, for example, by time.

ステップS1240:ステップS1220で得られた重量変化量、および、ステップS1230で得られた充放電特性のデータに基づいて、金属空気電池を算出・評価する。このように、互いに関連付けられた正確な重量変化量および充放電特性に基づいて金属空気電池の充放電反応に伴う、電解液揮発速度、充放電に伴う重量変化量、充放電に伴う反応電子数、静電容量等の電池特性を算出・評価するため、金属空気電池の性能評価が長期間にわたって連続して高精度に実施できる。算出・評価は、評価装置100の制御部160が行う。 Step S1240: The metal-air battery is calculated and evaluated based on the amount of weight change obtained in step S1220 and the charge/discharge characteristic data obtained in step S1230. In this way, the rate of electrolyte volatilization, the amount of weight change due to charging and discharging, and the number of reactive electrons associated with charging and discharging of the metal-air battery are determined based on the accurate amount of weight change and charge/discharge characteristics that are correlated with each other. In order to calculate and evaluate battery characteristics such as capacitance, performance evaluation of metal-air batteries can be performed continuously and with high precision over a long period of time. The calculation and evaluation are performed by the control unit 160 of the evaluation device 100.

ステップS1240の算出・評価をさらに詳述する。
算出・評価は、好ましくは、金属空気電池中の電解液が経過時間に伴い自然に揮発する速度を算出する。充放電特性のレスト中における時刻tの重量変化量Wtrと、時刻tr0(ただし、t>tr0)の重量変化量Wtr0との重量変化量差Wt-Wtr0を時間差t-tr0で除し、電解液揮発速度((Wt-Wtr0)/(t-tr0))を算出する。例示的な時間差は、30分以上50時間以下の時間差である。この時間差を使用することにより、電解液揮発速度を正確に算出できる。ここで、時間tとtr0との重量変化量を記憶部250から読み出し、算出に使用する。電解液揮発速度をrvolと称す。
The calculation and evaluation in step S1240 will be explained in further detail.
In the calculation and evaluation, preferably, the rate at which the electrolytic solution in the metal-air battery naturally evaporates over time is calculated. The weight change amount difference Wt r −Wt r0 between the weight change amount W tr at time t r and the weight change amount Wt r0 at time t r0 (however, t r > t r0 ) during the rest of charge/discharge characteristics is defined as the time difference t The electrolyte volatilization rate ((Wt r -Wt r0 )/(t r -t r0 )) is calculated by dividing by r - t r0 . An exemplary time difference is a time difference of 30 minutes or more and 50 hours or less. By using this time difference, the electrolyte volatilization rate can be calculated accurately. Here, the amount of weight change between times t r and t r0 is read from the storage unit 250 and used for calculation. The electrolyte volatilization rate is called r vol .

算出・評価は、好ましくは、放電反応のみに起因する金属空気の重量変化量を算出する。充放電特性の放電中における時刻tの重量変化量から、その時刻tまでに自然に揮発した電解液揮発量を減じ、放電重量変化量を算出する。 In the calculation and evaluation, preferably, the amount of change in the weight of the metal air due only to the discharge reaction is calculated. The discharged weight change amount is calculated by subtracting the amount of electrolyte volatilization that spontaneously volatilized up to that time t d from the weight change amount at time t d during discharging of the charge/discharge characteristics.

詳細には、充放電特性の放電中における時刻tの重量変化量Wtと、時刻td0(ただし、t>td0)の重量変化量Wtd0との重量変化量差(Wt-Wtd0)から、時間(t-td0)の間に自然に揮発した電解液量(rvolx(t-td0))を計算してこれを減じ、放電重量変化量((Wt-Wtd0)-(rvolx(t-td0)))とする。rvolは、先に求めた電解液揮発速度である。 Specifically , the weight change amount difference ( Wt d - From Wt d0 ), calculate and subtract the amount of electrolyte ( r vol d −Wt d0 )−(r vol x(t d −t d0 ))). r vol is the electrolyte volatilization rate determined previously.

詳細には、記憶部250から時刻tの重量変化量Wtを読み出し、この値から放電直前のレスト時の電解液揮発速度を用いて算出した時刻tにおける電解液揮発量を減じる。「放電直前のレスト」とは、レスト、放電、レスト、充電の順番の充放電特性の場合には、放電前のレストを意図し、レスト、放電、充電の順番の充放電特性の場合には、放電前のレストを意図する。 Specifically, the amount of weight change Wt d at time t d is read from the storage unit 250, and the amount of electrolyte volatilization at time t d calculated using the electrolyte volatilization rate at the time of rest immediately before discharge is subtracted from this value. "Rest immediately before discharging" means a rest before discharging in the case of charge/discharge characteristics in the order of rest, discharge, rest, charge, and in the case of charge/discharge characteristics in the order of rest, discharge, charge , intended for rest before discharge.

放電重量変化量をユーザの設定により所定の時間間隔で算出してもよいし、金属空気電池の重量変化量を測定するたびに算出してもよい。 The amount of change in discharged weight may be calculated at predetermined time intervals according to user settings, or may be calculated each time the amount of weight change of the metal-air battery is measured.

算出・評価は、好ましくは、放電反応時に金属空気電池の空気と反応している電子数を算出する。充放電特性の放電中における時間間隔Δtの放電反応のみに起因する重量変化量を、時間間隔Δtで除し、重量変化速度を算出し、充放電特性の測定に用いた電流値をこの重量変化速度で除し、空気反応電子数を算出する。例示的な時間間隔Δtは、1秒以上60秒以下の範囲である。 In the calculation and evaluation, preferably, the number of electrons reacting with the air of the metal-air battery during the discharge reaction is calculated. The amount of weight change due only to the discharge reaction during the time interval Δt d during discharging of the charge-discharge characteristics is divided by the time interval Δt d to calculate the weight change rate, and the current value used to measure the charge-discharge characteristics is Divide by the rate of weight change to calculate the number of air reaction electrons. An exemplary time interval Δt d ranges from 1 second to 60 seconds.

算出・評価は、好ましくは、充電反応のみに起因する金属空気電池中の電解液の重量変化量を算出する。充放電特性の充電中における時刻tの重量変化量から、その時刻tまでに自然に揮発した電解液揮発量を減じ、充電重量変換量を算出する。 In the calculation and evaluation, preferably, the amount of weight change of the electrolyte in the metal-air battery caused only by the charging reaction is calculated. From the amount of weight change at time t c during charging of the charge/discharge characteristics, the amount of electrolyte volatilization that spontaneously volatilized up to that time t c is subtracted to calculate the charged weight conversion amount.

詳細には、充放電特性の充電中における時刻tの重量変化量Wtと、時刻tc0(ただし、t>tc0)の重量変化量Wtc0との重量変化量差(Wt-Wtc0)から、時間(t-tc0)の間に自然に揮発した電解液量(rvolx(t-tc0))を計算してこれを減じ、充電重量変化量((Wt-Wtc0)-(rvolx(t-tc0)))とする。rvolは、先に求めた電解液揮発速度である。 In detail, the weight change amount difference ( Wt c From Wt c0 ), calculate and subtract the amount of electrolyte ( r vol c −Wt c0 )−(r vol x(t c −t c0 ))). r vol is the electrolyte volatilization rate determined previously.

このように、記憶部250から時刻tの重量変化量を読み出し、この値から充電直前のレスト時の電解液揮発速度を用いて算出した時刻tにおける電解液揮発量を減じる。電解液揮発速度は、先に算出した値を用いる。 In this way, the amount of weight change at time t c is read from the storage unit 250, and from this value, the amount of electrolyte volatilization at time t c calculated using the electrolyte volatilization rate at the time of rest immediately before charging is subtracted. The previously calculated value is used for the electrolyte volatilization rate.

充電重量変化量をユーザの設定により所定の時間間隔で算出してもよいし、金属空気電池の重量変化量を測定するたびに算出してもよい。 The charged weight change amount may be calculated at predetermined time intervals according to user settings, or may be calculated every time the weight change amount of the metal-air battery is measured.

算出・評価は、好ましくは、充電反応時に金属空気電池の酸素の排出に要する電子数を算出する。充放電特性の充電中における時間間隔Δtの充電反応のみに起因する重量変化量を、時間間隔Δtで除し、重量変化速度を算出し、充放電特性の測定に用いた電流値をこの重量変化速度で除し、反応電子数を算出する。例示的な時間間隔Δtは、1秒以上60秒以下の範囲である。 In the calculation and evaluation, preferably, the number of electrons required to discharge oxygen from the metal-air battery during the charging reaction is calculated. The amount of weight change caused only by the charging reaction during the time interval Δt c during charging of the charge/discharge characteristics is divided by the time interval Δt c to calculate the weight change rate, and the current value used to measure the charge/discharge characteristics is calculated by dividing this amount by the time interval Δt c. Divide by the rate of weight change to calculate the number of reaction electrons. An exemplary time interval Δt c ranges from 1 second to 60 seconds.

算出・評価は、好ましくは、静電容量を算出する。充放電特性の放電開始後、かつ、重量変化が生じるまでに要した時間ΔTと、時間ΔTの間に流れた電流値(mA)とから静電容量を算出する。詳細には、静電容量(mAh)は、次式に基づく。
静電容量(mAh)=電流(mA)×時間ΔT
In the calculation and evaluation, preferably, capacitance is calculated. The capacitance is calculated from the time ΔT required for the charge/discharge characteristic after the start of discharge and until a weight change occurs, and the current value (mA) flowing during the time ΔT. In detail, the capacitance (mAh) is based on the following formula.
Capacitance (mAh) = Current (mA) x Time ΔT

図13は、本発明の別の金属空気電池の電池特性を評価する方法を示すフローチャートである。 FIG. 13 is a flowchart showing a method for evaluating battery characteristics of another metal-air battery of the present invention.

ステップS1310:図12のステップS1210に先立って、重量測定部110の測定位置への分銅やセルホルダ等の不変重量品の配置(図1の左図)と、測定位置からの不変重量品の離間(図1の右図)とを繰り返し、不変重量品の重量を繰り返し測定する。このステップは、ステップS1220と同様であるため説明を省略する。 Step S1310: Prior to step S1210 in FIG. 12, the placement of unchangeable heavy items such as weights and cell holders at the measurement position of the weight measuring section 110 (left figure in FIG. 1), and the separation of unchangeable heavy items from the measurement position ( (right figure in Figure 1) is repeated, and the weight of the item with the same weight is repeatedly measured. This step is the same as step S1220, so the explanation will be omitted.

ステップS1320:ステップS1310と同時に、筐体140内等の測定環境の温度変化、および/または、筐体140内の気圧変化を測定する。同時に測定するため、温度変化および/または気圧変化を、重量変化量と関連付けることができる。測定された温度変化および/または気圧変化のデータは、例えば、評価装置100の制御部160の記憶部250に、重量変化量の値と、時間で関連付けて記憶される。 Step S1320: Simultaneously with step S1310, temperature changes in the measurement environment such as inside the casing 140 and/or changes in air pressure inside the casing 140 are measured. Because they are measured simultaneously, temperature changes and/or pressure changes can be correlated to weight changes. The measured temperature change and/or pressure change data is stored, for example, in the storage unit 250 of the control unit 160 of the evaluation device 100 in association with the weight change amount value over time.

ステップS1330:不変重量品の秤量値が、温度変化、および/または、気圧変化に伴い変動しているかどうかを判定する。通常、筐体140のような限られた空間であっても、±1℃程度の温度変化や、±20Pa程度の気圧変化が生じることが知られており、このようなわずかな変化に伴い、重量変化量が、±5ppm(±0.0005%)の範囲で増減する場合、秤量値が変動していると判定する。重量変化量の増減の範囲が上記範囲内であれば、電池評価への影響は少ないため、無視できる。このような判定は、制御部160が重量変化量、温度変化および気圧変化の値を比較して行ってよい。 Step S1330: Determine whether the weighed value of the constant weight item is changing due to temperature change and/or atmospheric pressure change. Normally, even in a limited space like the housing 140, it is known that temperature changes of about ±1°C and pressure changes of about ±20 Pa occur, and with such slight changes, If the amount of weight change increases or decreases within the range of ±5 ppm (±0.0005%), it is determined that the weighed value has fluctuated. If the range of increase/decrease in weight change is within the above range, the influence on battery evaluation is small and can be ignored. Such a determination may be made by the control unit 160 by comparing the values of the amount of weight change, temperature change, and atmospheric pressure change.

不変重量品の秤量値が、温度変化、および/または、気圧変化に伴い変動していると判定すると、ステップS1330に進む。不変重量品の秤量値が、温度変化、および/または、気圧変化に伴い変動していると判定しない(すなわち、変動していないと判定する)と、秤量値を補正することなく、ステップS1210に進み、金属空気電池の電池評価を行う。 If it is determined that the weighed value of the unchanging weight item is changing due to temperature change and/or atmospheric pressure change, the process advances to step S1330. If it is not determined that the weighed value of the unchangeable heavy item is fluctuating due to temperature change and/or atmospheric pressure change (that is, it is determined that it is not fluctuating), the process proceeds to step S1210 without correcting the weighed value. Next, we will conduct a battery evaluation of metal-air batteries.

ステップS1340:ステップS1330において、不変重量品の秤量値が、温度変化、および/または、気圧変化に伴い変動していると判定された場合、秤量値を重量測定部110の感度ドリフト値で補正する。感度ドリフト値は、予め、重量測定部110が備える値を採用してもよいし、ステップS1320で得られた変化量に応じて設定してもよい。これにより、温度および気圧が金属空気電池の重量変化量に及ぼす影響を考慮できるため、高精度な評価を可能にする。次いで、ステップS1210へ進み、金属空気電池の電池評価を行う。以降の手順は、図12を参照して説明したため、省略する。 Step S1340: If it is determined in step S1330 that the weight value of the unchanging weight item is fluctuating due to temperature change and/or atmospheric pressure change, the weight value is corrected by the sensitivity drift value of the weight measurement unit 110. . The sensitivity drift value may be a value provided in the weight measuring section 110 in advance, or may be set according to the amount of change obtained in step S1320. This makes it possible to take into account the effects of temperature and atmospheric pressure on the amount of weight change of the metal-air battery, making highly accurate evaluation possible. Next, the process advances to step S1210, and a battery evaluation of the metal-air battery is performed. The subsequent steps have been described with reference to FIG. 12, and will therefore be omitted.

図2を参照して説明した本発明の評価装置100の制御部160における各機能ブロックは、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、CPU(Central Processing Unit)を用いてソフトウェアによって実現してもよい。 Each functional block in the control unit 160 of the evaluation device 100 of the present invention described with reference to FIG. 2 may be configured by hardware logic, or may be realized by software using a CPU (Central Processing Unit). good.

本発明の評価装置100は、各機能を実現するプログラムの命令を実行するCPU(図示せず)、そのプログラムを格納したROM(Read Only Memory、図示せず)、プログラムを展開するRAM(Randam Access Memory、図示せず)、プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記録媒体を備えてよい。上述した機能を実現するソフトウェアであるプログラムのプログラムコードをコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、コンピュータあるいはCPUが記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行してもよい。このようにして、評価装置100による金属空気電池の電池特性の評価方法が実現され得る。 The evaluation device 100 of the present invention includes a CPU (not shown) that executes instructions of a program that implements each function, a ROM (Read Only Memory, not shown) that stores the program, and a RAM (Random Access) that expands the program. (Memory (not shown)), a storage medium such as a memory that stores programs and various data. A computer or a CPU may read and execute the program code recorded on the recording medium using a recording medium in which a computer-readable program code of a program, which is software that implements the above-mentioned functions, is recorded. In this way, a method for evaluating battery characteristics of a metal-air battery using the evaluation device 100 can be realized.

このような記録媒体は、例えば、CD-ROM等のディスク、ICカード等のカード、フラッシュROM等の半導体メモリなどがある。 Examples of such recording media include disks such as CD-ROMs, cards such as IC cards, and semiconductor memories such as flash ROMs.

本発明の評価装置100を通信ネットワークと接続し、通信ネットワークを介してプログラムコードを供給してもよい。このような通信ネットワークは、特に制限はないが、例えば、インターネット、イントラネット、LAN、ISDN、CATV通信網、電話回線網、衛星通信網等であり得る。プログラムコードは、電子的な伝送で具現化され、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態であってもよい。 The evaluation device 100 of the present invention may be connected to a communication network, and the program code may be supplied via the communication network. Such a communication network is not particularly limited, and may be, for example, the Internet, an intranet, a LAN, an ISDN, a CATV communication network, a telephone line network, a satellite communication network, or the like. The program code may be embodied in an electronic transmission and may be in the form of a computer data signal embedded in a carrier wave.

次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。 Next, the present invention will be described in detail using specific examples, but it should be noted that the present invention is not limited to these examples.

[例1]
例1では、図1の評価装置を構築し、リチウムイオン電池の電池特性を評価した。なお、リチウムイオン電池は、重量不変であるため、不変重量品として使用した。
[Example 1]
In Example 1, the evaluation apparatus shown in FIG. 1 was constructed, and the battery characteristics of a lithium ion battery were evaluated. In addition, since the weight of the lithium ion battery does not change, it was used as a constant weight product.

図1の重量測定部110として電子天秤(株式会社エー・アンド・デイ製、AD-4212B-23)、充放電特性測定部150として充放電試験機(株式会社イーシーフロンティア製、ECAD-1000)、温度検出部190として熱電対、制御部160としてパーソナルコンピュータを用いた。リチウムイオン電池は、Li金属箔/LFP(LiFePO:リン酸鉄リチウム)正極(φ16mm)を対向させたCR-2032コインセル電池であった。 An electronic balance (manufactured by A&D Co., Ltd., AD-4212B-23) is used as the weight measuring section 110 in FIG. A thermocouple was used as the temperature detection section 190, and a personal computer was used as the control section 160. The lithium ion battery was a CR-2032 coin cell battery with Li metal foil/LFP (LiFePO 4 : lithium iron phosphate) positive electrodes (φ16 mm) facing each other.

リチウムイオン電池を電池ホルダであるステージ120に配置した。電池ホルダは昇降部130により昇降可能であった。重量測定部150および昇降部130は、ガス供給口とガス排気口とを有する筐体140(内部容積5L)に収容された。リチウムイオン電池を、直径30μmを有する金線によって充放電試験機と電気接触させた。電子天秤、昇降部、充放電試験機の制御に必要なケーブルや導線は、ガス排気口を通して配線し、パーソナルコンピュータ等に接続した。 A lithium ion battery was placed on stage 120, which is a battery holder. The battery holder could be raised and lowered by the lifting section 130. The weight measuring section 150 and the elevating section 130 were housed in a casing 140 (internal volume: 5 L) having a gas supply port and a gas exhaust port. The lithium ion battery was brought into electrical contact with the charge/discharge tester by a gold wire with a diameter of 30 μm. Cables and conductors necessary to control the electronic balance, lifting section, and charge/discharge tester were routed through the gas exhaust port and connected to a personal computer, etc.

図14は、例1の充放電特性測定条件設定画面を示す図である。 FIG. 14 is a diagram showing a charging/discharging characteristic measurement condition setting screen of Example 1.

図4と同じ重量測定条件および図14に示す充放電特性測定条件でリチウムイオン電池の電池特性を評価した。結果を図15に示す。 The battery characteristics of the lithium ion battery were evaluated under the same weight measurement conditions as in FIG. 4 and the charging/discharging characteristics measurement conditions shown in FIG. The results are shown in FIG.

図15は、例1のリチウムイオン電池の重量変化量と充放電特性とを示す図である。 FIG. 15 is a diagram showing the amount of weight change and charge/discharge characteristics of the lithium ion battery of Example 1.

図15によれば、7日間(168時間)にわたって、リチウムイオン電池の重量はほとんど変化せず、正常にリチウムイオン電池を充放電制御できることが分かった。 According to FIG. 15, the weight of the lithium ion battery hardly changed over 7 days (168 hours), and it was found that charging and discharging of the lithium ion battery could be normally controlled.

[例2]
例2では、秤量値補正をオンにした以外は図4と同じ重量測定条件(すなわち、図6と同じ重量測定条件)にて、例1と同様に、リチウムイオン電池の電池特性を評価した。結果を図16および図17に示す。電子天秤の感度ドリフト値は、2.8ppm/℃であった。
[Example 2]
In Example 2, the battery characteristics of a lithium ion battery were evaluated in the same manner as in Example 1 under the same weight measurement conditions as in FIG. 4 (i.e., the same weight measurement conditions as in FIG. 6) except that weighing value correction was turned on. The results are shown in FIGS. 16 and 17. The sensitivity drift value of the electronic balance was 2.8 ppm/°C.

図16は、例1のリチウムイオン電池の重量変化量と温度変化とを示す図である。
図17は、例2のリチウムイオン電池の重量変化量と温度変化とを示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing the amount of weight change and temperature change of the lithium ion battery of Example 1.
FIG. 17 is a diagram showing the amount of weight change and temperature change of the lithium ion battery of Example 2.

なお、図16および図17の温度変化は、筐体内の温度変化である。図16は、例1における図15の重量変化量を拡大し、温度変化と併せて示した図である。図16によれば、筐体内であっても、温度は±1℃で変動しており、この温度変動に追随してリチウムイオン電池の秤量値も±40μgで変動していることが分かった。 Note that the temperature changes in FIGS. 16 and 17 are temperature changes within the housing. FIG. 16 is an enlarged view of the amount of weight change in FIG. 15 in Example 1, together with the temperature change. According to FIG. 16, even within the housing, the temperature fluctuated by ±1° C., and following this temperature fluctuation, it was found that the weight value of the lithium ion battery also fluctuated by ±40 μg.

一方、図17によれば、例2のリチウムイオン電池の秤量値は、温度変化に追随することなく、一定であり、標準偏差8μgで連続秤量されていた。この秤量値の標準偏差は、電子天秤の精度仕様からも妥当であった。このことから、重量測定部の感度ドリフト値による重量の補正は有効であることが示された。以降の例では、すべて、秤量値補正をオンにして測定を行った。 On the other hand, according to FIG. 17, the weighed value of the lithium ion battery of Example 2 was constant without following temperature changes, and was continuously weighed with a standard deviation of 8 μg. This standard deviation of the weighed values was also appropriate based on the accuracy specifications of the electronic balance. This indicates that weight correction using the sensitivity drift value of the weight measurement unit is effective. In all of the following examples, measurements were performed with weighing value correction turned on.

[例3]
例3では、例1で構築した評価装置を用い、筐体内に純酸素をフロー(流速150mL/min)しながらリチウム空気電池セルの電池特性(レスト、放電、充電の1サイクル)を評価した。なお、リチウム空気電池セルは、Li金属箔/CNTカーボンナノチューブ空気極(φ16mm)を対向させたCR-2032コインセルであり、空気極側には酸素吸収排出用の多数の空気孔(φ0.7mm)を有した。
[Example 3]
In Example 3, using the evaluation apparatus constructed in Example 1, the battery characteristics (one cycle of rest, discharge, and charge) of a lithium-air battery cell were evaluated while flowing pure oxygen into the housing (flow rate 150 mL/min). The lithium-air battery cell is a CR-2032 coin cell with Li metal foil/CNT carbon nanotube air electrodes (φ16 mm) facing each other, and the air electrode side has many air holes (φ0.7 mm) for oxygen absorption and discharge. It had

図18は、例3の充放電特性測定条件設定画面を示す図である。 FIG. 18 is a diagram showing a charging/discharging characteristic measurement condition setting screen of Example 3.

図6に示す重量測定条件および図18に示す充放電特性測定条件でリチウム空気電池の電池特性を評価した。電池特性の評価項目として、図9に示す電解液揮発速度の算出、充電反応/放電反応に伴う重量変化量の算出、充電反応/放電反応に伴う電子数の算出を選択した。電解液揮発速度の時間間隔は50時間とし、充電反応/放電反応に伴う重量変化量は重量測定のたびに行い、充電反応/放電反応に伴う電子数の算出の時間間隔は30秒おきに行った。結果を図19および図20に示す。 The battery characteristics of the lithium-air battery were evaluated under the weight measurement conditions shown in FIG. 6 and the charge/discharge characteristics measurement conditions shown in FIG. As the evaluation items for the battery characteristics, the calculation of the electrolyte volatilization rate shown in FIG. 9, the calculation of the amount of weight change accompanying the charging reaction/discharging reaction, and the calculation of the number of electrons accompanying the charging reaction/discharging reaction were selected. The time interval for electrolyte volatilization rate was 50 hours, the amount of weight change due to charging/discharging reaction was measured every time the weight was measured, and the time interval for calculating the number of electrons due to charging/discharging reaction was every 30 seconds. Ta. The results are shown in FIGS. 19 and 20.

図19は、例3のリチウム空気電池の電池特性の結果を示す図である。
図20は、例3のリチウム空気電池の電池特性の別の結果を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing the results of the battery characteristics of the lithium-air battery of Example 3.
FIG. 20 is a diagram showing another result of the battery characteristics of the lithium-air battery of Example 3.

図19によれば、レスト時の電解液揮発速度が-5.63(±0.06)μg/hであることが分かり、リチウム空気電池に含まれる電解液が自然に揮発していることが分かった。 According to Figure 19, the electrolyte volatilization rate during rest is -5.63 (±0.06) μg/h, indicating that the electrolyte contained in the lithium-air battery evaporates naturally. Do you get it.

図20の上段には、図19の電解液揮発速度から算出された充電反応/放電反応に伴う重量変化量が示される。図20の中段には、充電反応/放電反応に伴う重量変化量から算出された充電反応/放電反応に重量変化速度が示される。図20の下段には、充電反応/放電反応に重量変化速度と電流値とから算出された空気反応/排出電子数が示される。 The upper part of FIG. 20 shows the amount of weight change associated with the charging reaction/discharging reaction calculated from the electrolyte volatilization rate of FIG. 19. In the middle part of FIG. 20, the weight change rate is shown in the charging reaction/discharging reaction calculated from the amount of weight change accompanying the charging reaction/discharging reaction. The lower part of FIG. 20 shows the air reaction/number of discharged electrons calculated from the weight change rate and the current value in the charging reaction/discharging reaction.

電解液揮発損失分を除いた放電反応時の重量変化速度は、+122.11(±0.08)μg/hであり、1酸素分子当たり+1.955±0.005個の電子が反応し、酸素が固定されていることが分かった。この値は、非特許文献1に記載の方法よりも1桁~2桁高い精度であった。このことから、本発明の評価装置を用いれば、金属空気電池の電池特性を高精度に評価できることが示された。 The weight change rate during the discharge reaction excluding the electrolyte volatilization loss is +122.11 (±0.08) μg/h, and +1.955±0.005 electrons per oxygen molecule react, It turns out that oxygen is fixed. This value was one to two orders of magnitude higher in accuracy than the method described in Non-Patent Document 1. This indicates that the battery characteristics of metal-air batteries can be evaluated with high accuracy by using the evaluation apparatus of the present invention.

同様に、電解液揮発損失分を除いた充電反応時(ただし、充電開始初期)の重量変化速度は、-114.50(±0.08)μg/hであり、1酸素分子当たり-2.109±0.006個の電子が反応し、酸素が放出されていることが分かった。図20を見れば、充電開始初期では、酸素放出によりリチウムイオン電池の重量が直線的に減少したが、充電後半では、その重量が著しく減少し、酸素固定量以上の重量損失を示した。これは、リチウム空気電池の電解液および電極材料の分解劣化によりガスが放出したことを示唆する。 Similarly, the weight change rate during the charging reaction (at the beginning of charging, excluding the electrolyte volatilization loss) is -114.50 (±0.08) μg/h, which is -2.0 μg/h per oxygen molecule. It was found that 109±0.006 electrons reacted and oxygen was released. Looking at FIG. 20, in the early stage of charging, the weight of the lithium ion battery decreased linearly due to oxygen release, but in the latter half of charging, the weight decreased significantly, indicating a weight loss greater than the amount of oxygen fixed. This suggests that gas was released due to decomposition and deterioration of the electrolyte and electrode materials of the lithium-air battery.

[例4]
例4では、例1で構築した評価装置を用い、筐体内に純酸素をフローしながらリチウム空気電池の電池特性(レスト、放電、レスト、充電の複数サイクル)を評価した。
[Example 4]
In Example 4, the evaluation device constructed in Example 1 was used to evaluate the battery characteristics (multiple cycles of rest, discharge, rest, and charge) of a lithium-air battery while flowing pure oxygen into the casing.

図21は、例4の重量測定条件設定画面を示す図である。 FIG. 21 is a diagram showing the weight measurement condition setting screen of Example 4.

図6に示す重量測定条件および図21に示す充放電特性測定条件でリチウム空気電池の電池特性を評価した。電池特性の評価項目として、図9に示す電解液揮発速度の算出、充電反応/放電反応に伴う重量変化量の算出、充電反応/放電反応に伴う電子数の算出、静電容量の算出を選択した。電解液揮発速度の時間間隔は50時間とし、充電反応/放電反応に伴う重量変化量は重量測定のたびに行い、充電反応/放電反応に伴う電子数の算出の時間間隔は30秒おきに行った。結果を図22~図25に示す。 The battery characteristics of the lithium-air battery were evaluated under the weight measurement conditions shown in FIG. 6 and the charge/discharge characteristics measurement conditions shown in FIG. As evaluation items for battery characteristics, select the calculation of the electrolyte volatilization rate shown in Figure 9, the calculation of the amount of weight change due to charge reaction/discharge reaction, the calculation of the number of electrons due to charge reaction/discharge reaction, and the calculation of capacitance. did. The time interval for electrolyte volatilization rate was 50 hours, the amount of weight change due to charging/discharging reaction was measured every time the weight was measured, and the time interval for calculating the number of electrons due to charging/discharging reaction was every 30 seconds. Ta. The results are shown in FIGS. 22 to 25.

図22は、例4のリチウム空気電池の電池特性の結果を示す図である。
図23は、例4のリチウム空気電池の電池特性の別の結果を示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing the results of the battery characteristics of the lithium-air battery of Example 4.
FIG. 23 is a diagram showing another result of the battery characteristics of the lithium-air battery of Example 4.

図22によれば、最初のレスト時の電解液揮発速度は-5.36(±0.07)μg/hであり、レスト、放電、レスト、充電の複数サイクルを行うことにより、放電反応による重量増加と充電反応による重量減少とを繰り返しながら、全体として、リチウムイオン電池の重量が軽量化していくことが分かった。これは、電解液の揮発による重量損失に加えて、電解液および電極材料の分解劣化によるガス放出が大きく影響していることを示唆する。図22には最初のレスト時の電解液揮発速度のみを示すが、実際にはすべてのレスト時の電解液揮発速度が算出されている。 According to FIG. 22, the electrolyte volatilization rate at the first rest is -5.36 (±0.07) μg/h, and by performing multiple cycles of rest, discharge, rest, and charge, the It was found that the overall weight of lithium-ion batteries decreases by repeating weight increases and weight decreases due to charging reactions. This suggests that in addition to the weight loss due to volatilization of the electrolytic solution, gas release due to decomposition and deterioration of the electrolytic solution and electrode materials has a large influence. Although FIG. 22 shows only the electrolyte volatilization rate during the first rest, in reality, the electrolyte volatilization rates at all rest times are calculated.

図23の上段には、図22の電解液揮発速度から算出された充電反応/放電反応に伴う重量変化量が示される。図23の中段には、充電反応/放電反応に伴う重量変化量から算出された充電反応/放電反応に重量変化速度が示される。図23の下段には、充電反応/放電反応に重量変化速度と電流値とから算出された反応電子数が示される。 The upper part of FIG. 23 shows the amount of weight change associated with the charging reaction/discharging reaction calculated from the electrolyte volatilization rate of FIG. 22. In the middle part of FIG. 23, the rate of weight change in the charging reaction/discharging reaction calculated from the amount of weight change accompanying the charging reaction/discharging reaction is shown. In the lower part of FIG. 23, the number of reaction electrons calculated from the weight change rate and the current value in the charging reaction/discharging reaction is shown.

充電反応時の反応電子数に着目すると、サイクル後半になると電子数は理想的な値(-2)から大きくずれており、電解液および電極材料の分解劣化によりガスが放出したことを示唆する。 Focusing on the number of reaction electrons during the charging reaction, the number of electrons deviates significantly from the ideal value (-2) in the latter half of the cycle, suggesting that gas was released due to decomposition and deterioration of the electrolyte and electrode material.

図24は、例4のリチウム空気電池の電池特性の別の結果を示す図である。
図25は、例4のリチウム空気電池の電池特性の別の結果を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing another result of the battery characteristics of the lithium-air battery of Example 4.
FIG. 25 is a diagram showing another result of the battery characteristics of the lithium-air battery of Example 4.

図24は、図23の一部を拡大して示す図である。図24によれば、充放電の開始・停止に合わせて重量を変化させており、充放電反応を正確に追跡していることが分かる。 FIG. 24 is an enlarged view of a part of FIG. 23. According to FIG. 24, it can be seen that the weight is changed according to the start and stop of charging and discharging, and the charging and discharging reactions are accurately tracked.

しかしながら、図25によれば、放電開始後と重量変化が始まる期間に十数分程度のずれが見られた。このずれの期間の電流値と時間とから0.2mAhの静電容量が算出された。例4で用いたリチウム空気電池は、この静電容量だけ放電が進行していることが分かった。なお、この静電容量は、電圧降下速度から見積もられる静電容量(0.2mAh)と良好に一致し、信頼できる値であった。 However, according to FIG. 25, there was a difference of about ten minutes between the start of discharge and the start of weight change. A capacitance of 0.2 mAh was calculated from the current value and time during this shift period. It was found that the lithium air battery used in Example 4 was discharged by this capacitance. Note that this capacitance matched well with the capacitance (0.2 mAh) estimated from the voltage drop rate, and was a reliable value.

本発明の金属空気電池の評価装置を用いれば、金属空気電池の微小な重量変化を長期間連続して測定できるので、空気極における電池反応のうち、セルに取り込まれる酸素と電子との反応効率を複数の充放電サイクルにわたって長期間正確に計測することを可能とする。また無電流(レスト)時のセルの重量変化から電解液の揮発速度を計測し評価することを可能とする。このような評価装置は、金属空気電池以外にも、外部ガスとやり取りをする材料の吸収・排出特性評価も可能である。 Using the metal-air battery evaluation device of the present invention, it is possible to continuously measure minute changes in the weight of the metal-air battery over a long period of time. This makes it possible to accurately measure over a long period of time over multiple charge/discharge cycles. It also makes it possible to measure and evaluate the volatilization rate of the electrolyte from the change in weight of the cell during no current (rest). In addition to metal-air batteries, such an evaluation device can also evaluate the absorption and emission characteristics of materials that interact with external gases.

100 評価装置
110 重量測定部
120 ステージ
130 昇降部
140 筐体
150 充放電特性測定部
160 制御部
170 ガス吸気口
180 ガス排気口
190 温度検出部
100 Evaluation device 110 Weight measuring section 120 Stage 130 Lifting section 140 Housing 150 Charge/discharge characteristic measuring section 160 Control section 170 Gas intake port 180 Gas exhaust port 190 Temperature detection section

Claims (26)

金属空気電池の電池特性を評価する評価装置であって、
前記金属空気電池の重量を測定する重量測定部と、
前記金属空気電池を載置するためのステージを備え、前記ステージを昇降させる昇降部と、
少なくとも前記重量測定部と前記金属空気電池とを収容する筐体と、
前記金属空気電池の充放電特性を測定する充放電特性測定部と、
前記昇降部と前記重量測定部と前記充放電特性測定部との動作を制御し、前記金属空気電池の電池特性を評価する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記昇降部の前記ステージを昇降させ、前記重量測定部および前記充放電特性測定部による測定を実行し、前記金属空気電池の重量変化量および充放電特性を取得する測定制御部と、
前記測定制御部で取得された前記重量変化量および前記充放電特性に基づいて、前記金属空気電池の電池特性を算出・評価する算出・評価部と
を備え、
前記算出・評価部は、前記充放電特性のレスト中における時刻tの重量変化量Wtと時刻tr0(ただし、t>tr0)の重量変化量Wtr0との重量変化量差Wt-Wtr0を時間差t-tr0で除し、電解液揮発速度((Wt-Wtr0)/(t-tr0))を算出する電解液揮発速度算出部をさらに備える、評価装置。
An evaluation device for evaluating battery characteristics of a metal-air battery,
a weight measuring unit that measures the weight of the metal air battery;
an elevating section that includes a stage for placing the metal-air battery and that raises and lowers the stage;
a casing that houses at least the weight measuring section and the metal air battery;
a charge-discharge characteristic measurement unit that measures charge-discharge characteristics of the metal-air battery;
a control unit that controls the operations of the lifting unit, the weight measuring unit, and the charging/discharging characteristic measuring unit and evaluates the battery characteristics of the metal-air battery;
The control unit includes:
a measurement control unit that raises and lowers the stage of the elevating unit, performs measurements by the weight measuring unit and the charging/discharging characteristic measuring unit, and obtains a weight change amount and charging/discharging characteristics of the metal-air battery;
a calculation/evaluation unit that calculates and evaluates battery characteristics of the metal-air battery based on the weight change amount and the charge/discharge characteristics obtained by the measurement control unit;
The calculation/evaluation unit calculates a weight change amount difference Wt between a weight change amount Wt r at time t r and a weight change amount Wt r0 at time t r0 (where t r >t r0 ) during rest of the charge/discharge characteristics. Evaluation further comprising an electrolyte volatilization rate calculation unit that divides r - Wt r0 by the time difference t r -t r0 and calculates an electrolyte volatilization rate ((Wt r - Wt r0 )/(t r -t r0 )) Device.
前記算出・評価部は、前記充放電特性の放電中における時刻tの重量変化量から、前記放電の直前におけるレスト中の前記電解液揮発速度を用いて見積もった前記時刻tの電解液揮発量を減じ、放電反応のみに起因する重量変化量を算出する放電重量変化量算出部をさらに備える、請求項1に記載の評価装置。 The calculation/evaluation unit calculates the electrolyte volatilization rate at the time t d estimated from the weight change amount at the time t d during discharging of the charge/discharge characteristics using the electrolyte volatilization rate during rest immediately before the discharge. The evaluation device according to claim 1, further comprising a discharge weight change amount calculation unit that calculates a weight change amount due only to the discharge reaction. 前記算出・評価部は、前記放電重量変化量算出部で算出された前記充放電特性の放電中における時間間隔Δtの放電反応のみに起因する重量変化量を、前記時間間隔Δtで除し、重量変化速度を算出し、前記充放電特性の測定に用いた電流値を前記重量変化速度で除し、前記金属空気電池に吸収された空気と反応している電子数を算出する反応電子数算出部をさらに備える、請求項2に記載の評価装置。 The calculation/evaluation unit divides the amount of weight change due only to the discharge reaction at the time interval Δt d during discharging of the charge/discharge characteristics calculated by the discharge weight change calculation unit by the time interval Δt d . , Calculate the rate of weight change, divide the current value used to measure the charge/discharge characteristics by the rate of weight change, and calculate the number of electrons reacting with the air absorbed in the metal-air battery.The number of reaction electrons. The evaluation device according to claim 2, further comprising a calculation section. 前記算出・評価部は、前記充放電特性の充電中における時刻tの重量変化量から、前記充電の直前におけるレスト中の前記電解液揮発速度を用いて見積もった前記時刻tの電解液揮発量を減じ、充電反応のみに起因する重量変化量を算出する充電重量変化量算出部をさらに備える、請求項1~3のいずれかに記載の評価装置。 The calculation/evaluation unit calculates the electrolyte volatilization rate at the time t c estimated from the amount of weight change at the time t c during charging of the charge/discharge characteristics using the electrolyte volatilization rate during rest immediately before the charging. The evaluation device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a charged weight change amount calculation unit that calculates a weight change amount due only to the charging reaction. 前記算出・評価部は、前記充電重量変化量算出部で算出された前記充放電特性の充電中における時間間隔Δtの充電反応のみに起因する重量変化量を、前記時間間隔Δtで除し、重量変化速度を算出し、前記充放電特性の測定に用いた電流値を前記重量変化速度で除し、前記金属空気電池に固定された空気の排出に要している電子数を算出する反応電子数算出部をさらに備える、請求項4に記載の評価装置。 The calculation/evaluation unit divides the amount of weight change caused only by the charging reaction of the charging/discharging characteristic during the charging time interval Δt c calculated by the charged weight change calculation unit by the time interval Δt c . , a reaction of calculating the rate of weight change, dividing the current value used to measure the charge/discharge characteristics by the rate of weight change, and calculating the number of electrons required to discharge the air fixed in the metal-air battery. The evaluation device according to claim 4, further comprising an electron number calculation section. 前記算出・評価部は、前記充放電特性の放電開始後、重量変化が生じるまでに要した時間ΔTと前記時間ΔTの間に流れた電流値とから静電容量を算出する静電容量算出部をさらに備える、請求項1~5のいずれかに記載の評価装置。 The calculation/evaluation section is a capacitance calculation section that calculates capacitance from the time ΔT required for weight change to occur after the start of discharging of the charge/discharge characteristics and the current value flowing during the time ΔT. The evaluation device according to any one of claims 1 to 5, further comprising: 前記制御部は、前記算出・評価部による結果を表示する表示部をさらに備える、請求項1~6のいずれかに記載の評価装置。 The evaluation device according to any one of claims 1 to 6, wherein the control section further includes a display section that displays the results of the calculation/evaluation section. 前記筐体内に温度検出部をさらに備える、請求項1~7のいずれかに記載の評価装置。 The evaluation device according to claim 1, further comprising a temperature detection section within the housing. 前記筐体内に気圧検出部をさらに備える、請求項1~8のいずれかに記載の評価装置。 The evaluation device according to any one of claims 1 to 8, further comprising an air pressure detection section within the housing. 前記制御部は、前記重量測定部による秤量値を前記重量測定部の感度ドリフト値で補正する秤量値補正部をさらに備える、請求項8または9に記載の評価装置。 The evaluation device according to claim 8 or 9, wherein the control section further includes a weighed value correction section that corrects the weighed value obtained by the weight measuring section using a sensitivity drift value of the weight measuring section. 前記筐体は、ガス給気口およびガス排気口を備える、請求項1~10のいずれかに記載の評価装置。 The evaluation device according to any one of claims 1 to 10, wherein the casing includes a gas supply port and a gas exhaust port. 前記筐体内の温度を保持する温度制御装置をさらに備える、請求項1~11のいずれかに記載の評価装置。 The evaluation device according to any one of claims 1 to 11, further comprising a temperature control device that maintains the temperature inside the housing. 金属空気電池の電池特性を評価する方法であって、
重量測定部の測定位置への前記金属空気電池の配置と、前記測定位置からの前記金属空気電池の離間とを繰り返し、前記金属空気電池の重量を繰り返し測定することと、
前記重量の繰り返し測定と同時に、前記金属空気電池の充放電特性を測定することと、
前記繰り返し測定することによって得られた前記重量変化量、および、前記充放電特性を測定することによって得られた前記充放電特性に基づいて、前記金属空気電池の電池特性を算出・評価することと
とを包含し、
前記算出・評価することは、前記充放電特性のレスト中における時刻tの重量変化量Wtと時刻tr0(ただし、t>tr0)の重量変化量Wtr0との重量変化量差Wt-Wtr0を時間差t-tr0で除し、電解液揮発速度((Wt-Wtr0)/(t-tr0))を算出することをさらに包含する、方法。
A method for evaluating battery characteristics of a metal-air battery, the method comprising:
repeating placement of the metal air battery at a measurement position of a weight measurement unit and separation of the metal air battery from the measurement position, and repeatedly measuring the weight of the metal air battery;
Measuring the charge/discharge characteristics of the metal air battery simultaneously with the repeated measurement of the weight;
Calculating and evaluating battery characteristics of the metal-air battery based on the weight change amount obtained by the repeated measurements and the charge-discharge characteristics obtained by measuring the charge-discharge characteristics. and,
What is calculated and evaluated is the weight change amount difference between the weight change amount Wt r at time t r and the weight change amount Wt r0 at time t r0 (however, t r > t r0 ) during the rest of the charge/discharge characteristics. The method further comprises dividing Wt r -Wt r0 by a time difference t r -t r0 to calculate an electrolyte volatilization rate ((Wt r - Wt r0 )/(t r -t r0 )).
前記算出・評価することは、前記充放電特性の放電中における時刻tの重量変化量から、前記放電の直前におけるレスト中の前記電解液揮発速度を用いて見積もった前記時刻tの電解液揮発量を減じ、放電反応のみに起因する重量変化量を算出することをさらに包含する、請求項13に記載の方法。 The calculation/evaluation is based on the amount of weight change at time t d during discharging of the charge/discharge characteristics, and the electrolyte solution at time t d estimated using the electrolyte volatilization rate during rest immediately before the discharge. 14. The method according to claim 13, further comprising subtracting the amount of volatilization and calculating the amount of weight change due only to the discharge reaction. 前記算出・評価することは、前記算出された前記充放電特性の放電中における時間間隔Δtの放電反応のみに起因する重量変化量を、前記時間間隔Δtで除し、重量変化速度を算出し、前記充放電特性の測定に用いた電流値を前記重量変化速度で除し、前記金属空気電池に吸収された空気と反応している電子数を算出することをさらに包含する、請求項14に記載の方法。 The calculation and evaluation includes dividing the weight change amount due only to the discharge reaction during the time interval Δt d during discharging of the calculated charge/discharge characteristics by the time interval Δt d to calculate the weight change rate. Claim 14, further comprising dividing the current value used for measuring the charge/discharge characteristics by the rate of weight change to calculate the number of electrons reacting with the air absorbed in the metal-air battery. The method described in. 前記算出・評価することは、前記充放電特性の充電中における時刻tの重量変化量から、前記充電の直前におけるレスト中の前記電解液揮発速度を用いて見積もった前記時刻tの電解液揮発量を減じ、充電反応のみに起因する重量変化量を算出することをさらに包含する、請求項13~15のいずれかに記載の方法。 The calculation/evaluation is based on the amount of weight change at time t c during charging of the charge/discharge characteristics, and the electrolyte solution at time t c estimated using the electrolyte volatilization rate during rest immediately before the charging. The method according to any one of claims 13 to 15, further comprising reducing the amount of volatilization and calculating the amount of weight change due only to the charging reaction. 前記算出・評価することは、前記算出された前記充放電特性の充電中における時間間隔Δtの充電反応のみに起因する重量変化量を、前記時間間隔Δtで除し、重量変化速度を算出し、前記充放電特性の測定に用いた電流値を前記重量変化速度で除し、前記金属空気電池に固定された空気の排出に要している電子数を算出することをさらに包含する、請求項16に記載の方法。 The calculation and evaluation includes dividing the amount of weight change caused only by the charging reaction during the charging time interval Δt c of the calculated charge/discharge characteristics by the time interval Δt c to calculate the weight change rate. and further comprising dividing the current value used to measure the charge/discharge characteristics by the rate of weight change to calculate the number of electrons required for discharging the air fixed in the metal-air battery. The method according to item 16. 前記算出・評価することは、前記充放電特性の放電開始後、重量変化が生じるまでに要した時間ΔTと前記時間ΔTの間に流れた電流値とから静電容量を算出することをさらに包含する、請求項13~17のいずれかに記載の方法。 The calculating and evaluating further includes calculating the capacitance from the time ΔT required for the weight change to occur after the start of discharge of the charge/discharge characteristics and the current value flowing during the time ΔT. The method according to any one of claims 13 to 17. 前記繰り返し測定することに先立って、
前記重量測定部の測定位置への不変重量品の配置と、前記測定位置からの前記不変重量品の離間とを繰り返し、前記不変重量品の重量を繰り返し測定することと、
前記不変重量品の重量の繰り返し測定と同時に測定環境内の温度変化、および/または、気圧変化を測定することと、
前記不変重量品の秤量値が、前記温度変化、および/または、前記気圧変化に伴い変動しているかどうかを判定することと、
前記判定することにおいて変動していると判定した場合、秤量値を前記重量測定部の感度ドリフト値で補正し、前記判定することにおいて変動していないと判定した場合、秤量値を補正しないことと
をさらに包含する、請求項13~18のいずれかに記載の方法。
Prior to the repeated measurements,
repeating the arrangement of the constant weight item at the measurement position of the weight measurement unit and the separation of the constant weight item from the measurement position, and repeatedly measuring the weight of the constant weight item;
Measuring temperature changes and/or pressure changes in the measurement environment at the same time as repeatedly measuring the weight of the constant weight item;
Determining whether the weighed value of the constant weight item changes due to the temperature change and/or the atmospheric pressure change;
If it is determined in the above-mentioned determination that there is a fluctuation, the weighed value is corrected by the sensitivity drift value of the weight measuring section, and if it is determined that there is no fluctuation in the said determination, the weighed value is not corrected. 19. The method according to any of claims 13 to 18, further comprising:
前記繰り返し測定することに先立って、測定環境内に雰囲気制御ガスをフローすることをさらに包含する、請求項13~19のいずれかに記載の方法。 20. The method of any of claims 13 to 19, further comprising flowing an atmosphere control gas into the measurement environment prior to said repeated measurements. 金属空気電池の電池特性を評価するプログラムであって、
重量測定部の測定位置への前記金属空気電池の配置と、前記測定位置からの前記金属空気電池の離間とを繰り返し、前記金属空気電池の重量を繰り返し測定する機能と、
前記重量の繰り返し測定と同時に、前記金属空気電池の充放電特性を測定する機能と、
前記繰り返し測定することによって得られた前記重量変化量、および、前記充放電特性を測定することによって得られた前記充放電特性に基づいて、前記金属空気電池の電池特性を算出・評価する機能と
をコンピュータに実現させ、
前記算出・評価する機能は、前記充放電特性のレスト中における時刻tの重量変化量Wtと時刻tr0(ただし、t>tr0)の重量変化量Wtr0との重量変化量差Wt-Wtr0を時間差t-tr0で除し、電解液揮発速度((Wt-Wtr0)/(t-tr0))を算出する機能をさらに含む、プログラム。
A program for evaluating battery characteristics of metal-air batteries,
a function of repeatedly placing the metal-air battery at a measurement position of a weight measurement unit and separating the metal-air battery from the measurement position, and repeatedly measuring the weight of the metal-air battery;
A function of measuring the charge/discharge characteristics of the metal air battery simultaneously with the repeated measurement of the weight;
a function of calculating and evaluating battery characteristics of the metal-air battery based on the weight change amount obtained by the repeated measurements and the charge-discharge characteristics obtained by measuring the charge-discharge characteristics; to be realized by a computer,
The function to calculate and evaluate is the weight change amount difference between the weight change amount Wt r at time t r and the weight change amount Wt r0 at time t r0 (however, t r > t r0 ) during the rest of the charge/discharge characteristics. The program further includes a function of dividing Wt r -Wt r0 by a time difference t r -t r0 to calculate an electrolyte volatilization rate ((Wt r - Wt r0 )/(t r -t r0 )).
前記算出・評価する機能は、前記充放電特性の放電中における時刻tの重量変化量から、前記放電の直前におけるレスト中の前記電解液揮発速度を用いて見積もった前記時刻tの電解液揮発量を減じ、放電反応のみに起因する重量変化量を算出する機能をさらに含む、請求項21に記載のプログラム。 The function to calculate and evaluate the electrolytic solution at the time t d estimated from the weight change amount at the time t d during discharging of the charge/discharge characteristics using the electrolytic solution volatilization rate during the rest immediately before the discharging. 22. The program according to claim 21, further comprising a function of reducing the amount of volatilization and calculating the amount of weight change due only to the discharge reaction. 前記算出・評価する機能は、前記算出された前記充放電特性の放電中における時間間隔Δtの放電反応のみに起因する重量変化量を、前記時間間隔Δtで除し、重量変化速度を算出し、前記充放電特性の測定に用いた電流値を前記重量変化速度で除し、前記金属空気電池に吸収された空気と反応している電子数を算出する機能をさらに含む、請求項22に記載のプログラム The calculation/evaluation function calculates the rate of weight change by dividing the amount of weight change caused only by the discharge reaction during the time interval Δt d during discharging of the calculated charge/discharge characteristics by the time interval Δt d . 23. The method according to claim 22, further comprising a function of calculating the number of electrons reacting with air absorbed in the metal-air battery by dividing the current value used for measuring the charge-discharge characteristics by the weight change rate. Programs listed. 前記算出・評価する機能は、前記充放電特性の充電中における時刻tの重量変化量から、前記充電の直前におけるレスト中の前記電解液揮発速度を用いて見積もった前記時刻tの電解液揮発量を減じ、充電反応のみに起因する重量変化量を算出する機能をさらに含む、請求項21~23のいずれかに記載のプログラム。 The function to calculate and evaluate the electrolytic solution at the time t c estimated from the amount of weight change at the time t c during charging of the charge/discharge characteristics using the electrolytic solution volatilization rate during the rest immediately before the charging. The program according to any one of claims 21 to 23, further comprising a function of reducing the amount of volatilization and calculating the amount of weight change due only to the charging reaction. 前記算出・評価する機能は、前記算出された前記充放電特性の充電中における時間間隔Δtの充電反応のみに起因する重量変化量を、前記時間間隔Δtで除し、重量変化速度を算出し、前記充放電特性の測定に用いた電流値を前記重量変化速度で除し、前記金属空気電池に固定された空気の排出に要している電子数を算出する機能をさらに含む、請求項24に記載のプログラム。 The calculation/evaluation function calculates the rate of weight change by dividing the amount of weight change caused only by the charging reaction of the calculated charge/discharge characteristics during the charging time interval Δtc by the time interval Δtc . Claim: further comprising a function of dividing the current value used for measuring the charge/discharge characteristics by the weight change rate to calculate the number of electrons required to discharge the air fixed in the metal-air battery. The program described in 24. 前記算出・評価する機能は、前記充放電特性の放電開始後、重量変化が生じるまでに要した時間ΔTと前記時間ΔTの間に流れた電流値とから静電容量を算出する機能をさらに含む、請求項21~25のいずれかに記載のプログラム。 The calculation/evaluation function further includes a function of calculating capacitance from the time ΔT required for the weight change to occur after the start of discharging of the charge/discharge characteristics and the current value flowing during the time ΔT. , the program according to any one of claims 21 to 25.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114361658B (en) * 2021-12-14 2024-04-09 江苏大学 Variable-pitch metal-air fuel cell test monomer
CN115856651B (en) * 2022-11-30 2023-11-21 徐州科华能源科技有限公司 Performance test system for aluminum air battery production

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010061826A (en) 2008-09-01 2010-03-18 Equos Research Co Ltd Control system and control method of metal/air battery
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06260217A (en) * 1993-03-08 1994-09-16 Meidensha Corp Measuring method for charging depth of zinc-bromine battery

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010061826A (en) 2008-09-01 2010-03-18 Equos Research Co Ltd Control system and control method of metal/air battery
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