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.　精密充放電測定装置（UHPC）の利点

電流を印加できる装置であればクーロン効率の測定は可能ですが、ここではその一例として精密充放電評価システム　UHPC（Ultra High Precision Coulometry)をご紹介します。UHPCは電流および電圧を高精度に制御・測定することができ、その誤差はppmオーダーに抑えられています。この高い正確性により、UHPCでは高精度クーロメトリー測定を実現できます。

高精度クーロメトリーとは、2010年にカナダ・Dalhousie大学のJeff Dahn教授によって初めて提案されたリチウムイオン電池の寿命評価手法¹⁾です。この手法では、二次電池のクーロン効率（CE）を正確に測定し、その結果から副反応の定量評価や劣化要因の解析を行うことが可能です。
図1は、UHPC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。従来の装置では寿命の違いを把握するために数百サイクル以上の測定が必要ですが、UHPCではわずか数サイクルの測定で4セル間の性能差を評価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のことを指します。100％に近いほどエネルギーロスの少ない効率的な電池と言えます。クーロン効率試験において、UHPCは充放電測定の初期段階でクーロン効率の僅かな差異を見分けることができ、電池の性能評価・寿命予測を短時間で行うことが可能です。

参考文献

1)T. M. Bond et al 2013 J. Electrochem. Soc. 160 A521

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