ハーフセル、フルセル、対称セルのサイクル性能の作業ステップ設定またはパラメーター設定は若干異なります。ハーフセルは、酸化還元反応の特性、反応速度、電解質との相互作用など、電極材料の電気化学的活性を研究するために使用されます。電極材料は作業電極として使用され、リチウムシート (Li) と組み立てられて、テスト用のハーフセルを形成します。グラファイト//Liハーフセルを例にとると、テストには100mA/gの電流密度が選択されます。活物質の質量が0.01gであると仮定すると、1mAの充放電電流が得られます。ハーフセルでは一般に50〜100mA/gの低電流密度が使用され、レートモードでは通常0.1Cが選択されます。作業ステップの設定を図3に示します。アノード材料を研究する場合、電池は通常、最初に放電作業ステップを実行し、休止-定電流放電-定電流充電のシーケンスに従います。入力電流は1mA、放電カットオフ電圧は0.01V、充電カットオフ電圧は1.0V、サイクル数は500に設定します。電圧範囲の設定は、電極材料によって異なります。たとえば、リン酸鉄リチウム//Li電池のテストでは、電圧範囲を2〜4.2Vに設定できます。これは、文献を参照するか、分極曲線をテストすることによって得ることができます。

図 3 グラファイト//リチウム電池のサイクル試験作業ステップ設定の例

研究所では、半セル試験に使用した作業ステップ設定に従ってフルセルサイクル性能試験を実施し、電極材料の特性と電解質または固体電解質の酸化電圧に対する許容範囲に基づいて電圧範囲を調整し、必要に応じて電流サイズを設定できます。下の図 (図 4) に示す作業ステップ設定は、リチウム電池のサイクル性能試験でよく使用される方法の 1 つです。定電流定電圧充電の後に充電完了後に 5 分間休止することで、充電プロセスを最適化し、電池を深く充電して充電効率を向上させることができます。

図 4 リチウム電池のサイクル試験のテストステップ設定の例

さらに、電極材料と電解質間の電気化学的挙動、および性能への影響を調べるために、対称セルを準備して長サイクル寿命テストを行います。テストステップを図 5 に示します。定電流充電および放電ステップを設定し、時間設定を 1h にします。電流サイズは、電流密度 1mA·cm-2 に従って設定します。直径 1cm の電極片を例にとると、電流密度と電極片の面積に基づいて、0.785mA の電流サイズが得られます。最後に、サイクルステップを設定し、サイクル数を増やすことをお勧めします。テスト電圧が乱れたらテストを停止できます。

図 6 サイクル性能

この曲線に加えて、「仕様容量 - 電圧」曲線 (図 7(a)) も、電池の容量変化を観察し、電池の放電容量、特定のサイクル数での容量などを確認するための従来の曲線です。図 7 に示すように、100 サイクル後の電池の充電および放電曲線と、さまざまな電流でのレート性能テストが示されており、「仕様容量 - 電圧」および「サイクル インデックス - 放電仕様容量 & 放電仕様容量 & 放電効率」曲線で電池のサイクル性能とレート性能が表示されています。

図 8 対称セルテスト

テスト結果の曲線を簡単に表示するには、任意の軸をダブルクリックして「軸設定」を開きます。ここで、軸の単位、スケールの表示範囲、主目盛りと副目盛りのサイズと太さ、軸と曲線の色、その他のパーソナライズされた詳細設定を設定できます。BTSDA ソフトウェアには、データの表示と管理を容易にするさまざまなツールが用意されています。たとえば、「ハンドツール」と「ズームイン」を使用して、曲線を移動したり、ズームインしたりできます (図 9(1))。電池を研究する場合、1 つの変数を変更して、より優れた電極材料やテスト条件を探索するのが一般的です。「曲線比較」(図 9) は、複数のテスト曲線を比較するために使用されます。これにより、異なる電池のデータの並列比較を簡単に実行でき、パフォーマンス向上の効果を直接観察できます。