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記事詳細:Detailed Article

JARI Research Journal (2012~)環境・エネルギー/Environment & Energy

資料名 / Title

JRJ20151201 研究速報
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LiMn2O4を含む混合正極リチウムイオン電池の保存劣化機構
Calendar Degradation Mechanism of Lithium-ion Batteries with a LiMn2O4 and LiMO2 (M = Co, Ni and Mn) Composite Cathode

安藤 慧佑,松田 智行,明神 正雄,今村 大地
Keisuke ANDO,Tomoyuki MATSUDA,Masao MYOJIN,Daichi IMAMURA

環境問題に対する意識の高まりから,排ガスを出さない電動車両の普及が進められている.なかでもリチウムイオン電池を搭載した電気自動車は有力候補の一つであるが,普及の課題の一つとしてリチウムイオン電池の劣化による航続距離の低下が挙げられる.リチウムイオン電池の性能(容量,出力)は充放電を繰り返すことによって起こるサイクル劣化と電池を使用しなくても起こる保存劣化がある.車両では走行期間より駐車期間の方が長い場合が多く,駐車中の電池の性能低下(保存劣化)抑制による寿命の向上は重要な課題である.
 リチウムイオン電池の保存劣化の原因としては,電解液の分解等の副反応により充放電に関与できる電気化学的に活性なリチウム(有効リチウム)の消費が知られている.これは主に電池を高SOC(State of Charge)で保存している場合に進行する.一方,正極活物質にスピネル型マンガン酸リチウム(Li1-xMn2O4)が使用されている場合,電解液中にマンガンが溶出する劣化が知られている.これは主に高温(約45°C以上),低SOC(x = 0.1 ~ 0.4)で保存している場合に進行する.劣化しやすいSOCが異なる2つの劣化要因の影響を正確に把握することが電池の耐久性を向上するために重要である.
 近年,出力と価格のメリットから,正極活物質にスピネル型マンガン酸リチウムと層状岩塩型酸化物の混合正極を用いたリチウムイオン電池が実用化されている.しかし,混合正極のリチウムイオン電池の保存試験の実施例は少なく,さらに電解液の分解と正極からのマンガン溶出を同時に議論した例はほとんどない.本研究では,スピネル型マンガン酸リチウムと層状岩塩型酸化物の混合正極リチウムイオン電池について保存試験を実施し,充放電曲線を微分して得られるdV/dQ曲線の解析により,試験温度とSOCが電解液の分解と正極からのマンガン溶出に及ぼす影響を調査した.
Recently, lithium ion batteries which have a Li1-xMn2O4 and LiMO2 (M = Co, Ni and Mn) cathode are used as an energy storage device for electric vehicles. However, the effect of the composition of cathodes for performance degradation remains unclear. In this study, we conducted systematic calendar life tests at two temperatures (25°C, 60°C) and six SOCs (0%, 40%, 60%, 70%, 80%, 100%) using commercial 18650-type lithium-ion batteries with Li1-xMn2O4 and Li1-yNi0.5Co0.2Mn0.3O2 composite cathodes. To understand the degradation mechanism, we adopted non-destructive dV/dQ curve analyses. We clarified that cathode/anode reaction region slip mainly caused cell capacity fade, and were accelerated by both temperature and SOC. In addition, the degradation of cathodes also caused cell capacity fade at the specific SOCs of 60% and 70% at 60°C. This is probably due to the manganese dissolution of Li1-xMn2O4 in the electrolyte which occurs when x is around 0.2.

種別 / Article Type

JARI Research Journal (2012~)

資料名 / Title

JRJ20151201 研究速報

発行年月 / Date of Issue

2015/12

分野 / Field

環境・エネルギー/Environment & Energy
ID:6852
 

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