リチウムイオン電池の抵抗試験には、一般的にDCIR、ACIR、EISの3つの方法があります。それぞれの方法は試験原理と物理的意義が異なり、電池の性能に関する独自の知見を提供します。これらの方法の違いを理解するには、まず電流抵抗を表す様々な用語を明確にする必要があります。
01. 抵抗とは何か？
抵抗は必ずしも抵抗器の構成要素を指すわけではありません。むしろ、デバイスまたは材料が電流の流れに対して示す抵抗を表し、根本的には電気エネルギーを他の形態のエネルギーに不可逆的に変換することを意味します。抵抗は、リアクタンス部分がゼロの場合のインピーダンスの特殊なケースです。
02. 電流抵抗を表す用語
リチウムイオン電池の内部抵抗には、オーム抵抗、インターフェースインピーダンス、電荷移動インピーダンス、拡散インピーダンス、オーム分極抵抗、電気化学的分極抵抗、濃度分極抵抗が含まれます。
- オーム抵抗：主に電極材料、電解質、セパレーター、および各部品の接触抵抗で構成されます。バッテリーのサイズ、構造、組み立てに関連します。
- 分極抵抗：電流が電極を通過する際の電極電位と平衡電位の差を指します。電気化学反応によって発生し、一定ではありません。充放電中に活物質の組成、電解質濃度、温度の変動によって変化します。抵抗はオームの法則に従いますが、分極抵抗は電流密度に比例して増加しますが、直線的ではなく、多くの場合、電流密度の対数に比例して増加します。
バッテリーの種類によって内部抵抗は異なります。同じ種類でも、化学的特性のばらつきにより内部抵抗が異なる場合があります。内部抵抗はミリオーム単位で測定され、バッテリーの性能を示す重要な技術指標です。一般的に、内部抵抗が低いほど大電流放電能力が高く、内部抵抗が高いほど放電能力が低いことを示します。
03. DCIRとは何ですか？
DCIR（直流内部抵抗）は、電池内部の総抵抗を測定します。これには、オーム抵抗、インターフェースインピーダンス、電荷移動インピーダンス、拡散インピーダンス、オーム分極抵抗、電気化学的分極抵抗、濃度分極抵抗が含まれます。リチウムイオンは試験中に大きな空間変化を受けるため、動的抵抗と呼ばれます。
DCIR は、特定の電流レート (I) で一定の期間 (t) にわたってバッテリーを充電および放電し、プロセスの前 (U1) と後 (U2) の電圧を記録することによってテストされます。
R = (U2 – U1)/I
DCIR テストの目的は、実際の動作条件でのバッテリーのインピーダンスを取得することです。
04. ACIR とは何ですか?
ACIR（交流内部抵抗）は、交流電流を用いて電池抵抗を測定することで分極の影響を排除し、材料の電流抵抗を直接測定します。十分に高い周波数（f = 1/T）では、電流サイクルが十分に短くなるため、Liイオンは元の位置から大きく移動せず、前後に振動するだけです。
高周波では、次のような仮定が立てられます。
1. 電荷の移動は発生しないため、電荷の蓄積は発生せず、分極も発生しません。
2. 電荷分布は変化しないため、静電容量は変化しません。
3. Liイオンの位置は変化しないため拡散インピーダンスは発生しません。
通常、1000Hz の周波数が使用され、その時点では、バッテリーが純粋な抵抗器として動作すると仮定すると、ACIR 値はオーム抵抗と同等であると見なされます。
05. EICとは何ですか？
電気化学インピーダンス分光法（EIS）：非破壊パラメータ測定法であり、電池の運動挙動を判定する効果的な方法です。周波数w1の小振幅正弦波電圧信号を電池システムに印加すると、システムは周波数w2の正弦波電流応答を生成します。励起電圧と応答電流の比の変化が、電気化学システムのインピーダンススペクトルです。
ACIRとEISの試験方法はどちらも交流電流を用いて試験を行う点で同じであることがわかります。ただし、ACIRは特定の周波数のみの試験であるのに対し、EISは特定の周波数範囲内での試験であり、両者の目的は異なります。
EISは、特定の周波数範囲の交流電流を用いて試験を行います。異なる部品は異なる周波数の電流に対して異なる反応を示すため、回路を複数の部分に分割し、各部分が特定の部品に対応するように人為的に規定します。実際には、EIS試験では、各周波数において回路全体が試験に参加し、各部品も試験に寄与します。
したがって、EIS の目的は、異なる周波数を通じて特定のコンポーネントのパフォーマンスを増幅し、それらを大まかに分割して、特定のコンポーネントの特定の分析を行うことです。
投稿日時: 2024年7月12日
