1. 概要

リチウムイオン電池は、モバイル機器用バッテリーや車載用電源など幅広い用途で利用されており、近年ではリサイクル技術の進展に伴い、電池寿命評価への関心も一層高まっています。
電池寿命の評価方法には、大きく分けて以下の2種類があります。

1.サイクル寿命試験：充放電を繰り返し行い、性能の劣化を評価する方法
2.保管寿命試験：特定の電圧状態で放置し、開回路電圧の変化を測定する方法

本稿では、このうちサイクル寿命試験についてご紹介します。

2. サイクル寿命評価の測定手法

サイクル寿命試験では、一定の充放電条件下で電池を繰り返し動作させ、その性能低下を測定・評価します。充放電試験における電流印加方法には、定電流を印加して設定電圧まで充電を行うCC（Constant Current）充電と、CC充電の後に設定電圧を保持して充電を継続するCCCV（Constant Current–Constant Voltage）充電の2種類があります。放電についても同様に、CC放電およびCCCV放電があります。

上記の方法を組み合わせることで、クーロン効率や充放電容量維持率などの指標を測定できます。ここでは、特にクーロン効率（Coulombic Efficiency, CE）に着目して記述します。 クーロン効率は、充電時に蓄積された電荷量に対して、放電時に取り出された電荷量の比率として定義され、以下の式で表されます。

クーロン効率CE(％)＝放電容量/充電容量×100

CEが100％に近いほど、エネルギーロスが少なく高効率な電池であることを意味します。なお、信頼性の高い特性評価を行うためには、数百サイクルにわたる測定が必要とされています。

3. UHPC測定によるサイクル寿命評価

UHPC（Ultra High Precision Coulometry）測定は、電流および電圧を高精度に測定することで、クーロン効率（CE）のわずかな変化を高感度に捉える評価手法です。クーロン効率は電池内部で進行する副反応や劣化挙動を反映するため、高精度に測定することで電池の寿命特性を早期に把握することができます。

従来は寿命の違いを評価するために数百サイクル以上の試験が必要とされていましたが、UHPC測定ではクーロン効率の微小な差異を検出できるため、より少ないサイクル数でセル性能の違いを把握することが可能です。

図1は、UHPC測定と従来型充放電システムにおけるクーロン効率測定結果の比較例です。従来の測定ではセル間の性能差を評価するために数百サイクル以上を要する場合がありますが、UHPC測定ではわずか数サイクルの段階で4セル間の性能差を確認できることがわかります。

4. まとめ

クーロン効率（CE）とは、充電で蓄えた電荷量に対して、放電で取り出せた電荷量の比率を示す指標です。100％に近いほどエネルギーロスの少ない効率的な電池であることを意味します。クーロン効率評価において、UHPC測定は充放電試験の初期段階でクーロン効率のわずかな差異を識別できるため、電池の性能評価や寿命予測を短時間で行うための有効な手法です。

UHPC測定を実施するためには、高い電流・電圧測定精度を備えた測定システムが必要です。

BioLogic社のBCSシリーズ モジュール式充放電測定システムは、UHPCに求められる高い電流・電圧測定精度を備えており、クーロン効率の高精度な評価に適した装置です。また、充放電試験と交流インピーダンス（EIS）測定を1台で実施できるほか、サイクリックボルタンメトリなどの各種電気化学測定にも対応しているため、セルの性能評価から劣化メカニズムの解析まで一貫して行うことができます。

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