1. はじめに

二次電池はスマートフォン、EV、家庭用蓄電など様々な用途で利用されており、生活に欠かすことができない存在となっています。用途拡大に伴い、より高寿命かつ高性能な電池が求められ、開発サイクルの一層の高速化が必要とされています。
本稿で紹介する Slippage（スリッページ） は、二次電池の充放電試験から得られる評価指標です。本指標をUHPC（Ultra High Precision Coulometry）測定にて算出することにより、短時間での材料スクリーニング、品質管理／品質保証（QC／QA）、寿命予測への応用が期待できます。

2. Slippageとは

二次電池のクーロン効率（Coulombic Efficiency, CE）は、放電容量を充電容量で割った値であり、充電した電荷のうちどれだけ放電に利用できたかを表します。理想的な電池では CE = 1 となりますが、実際の電池では副反応等の影響により放電容量が充電容量よりも小さくなることが多く、一般に CE < 1 となります。
このとき、放電容量が充電容量よりも不足する要因は、次の二つに分けて考えられます。
1. 容量減少（Fade）
2. 副反応（Slippage：Charge End Point Slippage など）

ここでいう副反応には、正極での電解液酸化や自己放電など複数の要因が含まれると考えられます。Slippage（スリッページ）は、これら副反応に起因する充放電終点の系統的なずれ（容量のずれ）を捉える指標です。

3. Slippageの算出

Slippage は、充放電曲線における各サイクルの終着点（終点）同士の差から求めます。ここで用いる充放電曲線は通常の表示と異なり、初回の充電からの蓄積容量として描きます。放電は充電末端から容量を減少させる形で描画します（図1）。
なお、
・充電側の末端の Slippage を「Charge End Point Slippage」
・放電側の末端の Slippage を「Discharge End Point Slippage」
と呼びます。サイクルごとの僅かな差をUHPC測定によって評価することで、短時間での材料スクリーニング、品質管理／品質保証（QC／QA）、寿命予測への応用できます。

4. Slippageの指標の見方

「3.」で示した手法により算出された Slippage（スリッページ）は、図2のようにグラフとして可視化できます。
1つ目は、図2右上のグラフに示すように、1サイクル目の充電末端を0 Ahとして、2サイクル目以降の容量のずれをプロットし、その傾きからSlippageの大きさを比較する方法です。傾きが大きいセルはSlippageが大きく、副反応（電解液酸化など）が顕著である可能性が高く、結果として劣化が進みやすいと推察されます。
もう1つは、図2右下のグラフに示すように、Nサイクル目と（N－1）サイクル目の Charge End Point Slippage の差をプロットする方法です。各セルの値を比較する用途に適しています。値が大きいほどSlippageが大きく、副反応寄与が大きいことを示唆します。

5. おわりに

Slippageを評価することで、クーロン効率の変化を容量減少（Fade）と副反応（Slippage：Charge End Point Slippage など）由来の容量変化に分けて捉えることができます。そのため、セルの劣化要因をより詳細に解析するための指標として活用できます。

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。

記事一覧に戻る