有限要素法による活物質と電池材料との接触モデルの導電ネットワーク解析
(山大工1・山大院理工2・山形大学術3) ○大前国生1, 小森至1, 赤間未行2, 伊藤智博3, 立花和宏3, 仁科辰夫3
【緒言】 マクスウェルの電磁方程式を有限要素法(FEM)で解くことができる汎用的なFEMソフトウェアが市販されている.しかし、これらのソフトウェアを使用して電池分野において状態分布解析に用いられた例は少ない.特に、ヘルムホルツやsternモデルの界面電位差については汎用的なFEMソフトを用いて計算した報告はない．本研究では汎用的なFEMソフトを用いて活物質と電池材料との接触モデルの電位分布から導電ネットワークの解析を試みたので報告する．
【実験】 ３DCADを用いて電極近傍の界面モデルや活物質と集電体との接触モデルを作成した．CADデータはParasolid形式に変換され，FEM解析ソフト(ADINA-EM)で，有限要素解析をした。界面電位差を有限要素法で再現するために，界面電位部分の物性値の抵抗率を変えた．
【結果】 図１にFEM解析よって得られた電解液-界面電位差-正極材の
, 小森至, 赤間 未行, 伊藤 智博, 立花 和宏, 仁科 辰夫 ,平成30年度 化学系学協会東北大会 (2018).
1.緒言
充電を短時間で済ませ、大電流を取り出せることはずっと期待され続けてきた。活物質の種類で高速性に差があるのか？それはなぜか？マンガン酸リチウムの高速性の本質の解明を目的とし、電池の内部抵抗の支配要因を解析するためのデータを収集した。
2.実験方法
金線(φ= 0.3 mm)に高速マンガン酸リチウムを打ち込み、対極ステンレス板、参照極銀塩化銀電極、電解液に6M 硝酸リチウム水溶液を用いて3極式セルを作成した。作成したセルが1.0 V vs. AgCl | Ag、になるまで40μAを通電した。その後にセルの電位平坦部が観察されるように周波数、振幅を変えながら、ハイレートで矩形波を通電した。電位波形の観察にはデジタルオシロスコープを使った。また40μAのローレートで充放電しながら電流遮断による電位変化の観察を行った。電流遮断は、7.5秒通電、2.5秒遮断を繰り返した。水の分解を考慮し1.5V vs. AgCl | Ag以上に達したら、あるいは電位が急上昇したら電流を反転させた。その後電流値を変えて測定した。
赤間 未行, , , 伊藤 智博, 立花 和宏, 仁科 辰夫 ,第59回電池討論会 (2018).
電池活物質の種類が集電体アルミニウム表面の接触抵抗に及ぼす影響
（山形大学院理工1,山形大工2）○赤間未行1，大前国生2，伊藤智博1，立花和宏1，仁科辰夫1
キーワード［リチウムイオン二次電池、正極集電体、アルミニウム酸化被膜、活物質、接触抵抗］
1．緒言
アルミニウムは導電率が銀、銅、金に次いで高く、安価で軽量なためリチウムイオン二次電池正極集電体として使われている。しかし、表面に存在する強固な酸化被膜と合材との接触抵抗が高出力化を妨げている。
筆者らは有機電解液中でアルミニウム酸化被膜と合材の接触抵抗の関係を調べ、合材に含まれる活物質の誘電率とアルミニウム酸化被膜の厚みから式(1)のように定式化している。
R_c= (ρ_0 ∑_i??C_i χ_ei+ ρ_0 ?)(d+ d_0 ) (1)
R_c : 接触抵抗/Ωm^2 ρ_0 : 抵抗率/Ωm C_i : 寄与率/- χ_ei : 電気感受率/-
d : アルミニウム酸化被膜厚み/m d_0 : アルミニウム自然酸化被膜厚み/m
また筆者らは、リチウムイオン二次電池正極活物質が水溶液系でも
赤間 未行, , 伊藤 智博, 立花 和宏, 仁科 辰夫 ,表面技術協会第１３８回講演大会 (2018).