INTELLOを使用した電池研究での微分容量解析（DCA）

セルは1Cおよび0.1Cでサイクルされました。充電限界は4.2V、電流カットオフは6mA、放電限界は2.8Vです。Cレート間で発生する可能性のある違いを示すために、図1は0.1C（青）および1C（緑）でのサイクルからの微分容量プロットの重ね合わせデータを示しています。

1Cでは、充電ステップ中に3.82V（A1）および3.95V（A2）で2つのピークが現れ、放電中には3.62V（B1”）で1つのピークが現れます。0.1Cでは、さらに詳細が示されます。プロットの充電部分には3.70V（A1）、3.77V（A1）、3.81V（A2）、および3.93V（A2）で4つのピークが表示され、放電セグメントには3.64V（B1）および3.75V（B2）で2つのピークがあります。このデータは表2に要約されており、NMC-532カソードを含む電池と一致しています[1]。**

2つのCレートのプロットの違いの1つの可能な説明は、1CでのA1およびA2のピークが0.1Cでバッテリーが充電されるときに低い過電位にシフトし、充電プロセスの効率の向上を反映していることです。一方、A1およびA2の新しいピークは、高いCレートでは隠される遅い動力学を持つ反応に関連している可能性があります。1Cで放電中に見られるピークは、0.1Cで2つのより鋭いピークに分解されます。おそらく、両方のピークは、両方のCレートで充電部分に見られる2つの主要な相転移に関連しています。

E vs Q+/Q-プロットのプラトーも相変化や電気化学的プロセスを示します。しかし、このプロットではプラトーを検出するのは必ずしも容易ではありません。図2では、0.1Cサイクルの対応するE対Q+/Q-プロットが示されています。プラトーはdQ/dEプロットではピークとして表示されるため、検出がはるかに容易になり、この方法でデータを表現する利点の1つを強調しています。

dQ/dEプロットのもう1つの利用方法は、長期間にわたってサイクルされる電池の化学変化を追跡することです。図3では、同じタイプの電池が1Cで100回サイクルされ、dQ/dE信号がINTELLOで収集およびプロットされました。

ピークの高さと位置の変化は、電池内で働いている可能性のある劣化メカニズムの手がかりを提供します。この例では、ピークの高さが減少し、ピーク自体もシフトしており、通常はリチウム容量の損失を示しています。したがって、可能な老化メカニズムには、リチウム析出デントライト形成や電解質の分解SEIなどが含まれる可能性があります。DCAを使用して検出できる他の例には、ピークが高い電圧にシフトすることによって示される導電率の低下（つまり、同じ作業に対してより多くの過電位が必要）や、ピーク位置のシフトなしにピークの高さが減少することによって明らかになる活性材料の損失が含まれます。

この電池の標準的な充放電サイクルは、CCCV充電ステップとCC放電ステップで構成されています。最初に、0.5Cで4.2 Vまで充電し、その電圧を保持しながら電流が64 mA（0.02C）未満に低下するまで待機します。その後、0.2Cで3 Vまで放電を行います。理論上は、充電と放電を同じCレートで行うことで、充放電曲線をより直接的に比較できるようになりますが、ここでは標準的な充電条件で測定を行い、通常のサイクル条件下での電気化学プロセスをその場観察することを目的としています。

図4では、充電時に3.58 V（C1）、3.60 V（C1*）、3.72 V（C2）の3つのピークが現れます。一方、放電時には3.44 V（D1）、3.58 V（D2）、および広がったピーク（D3）として記録される3つのピークが検出されます。

このプロットの全体的な構造は、コイン電池で測定された図1と非常に類似しており、より大きな形状であるにもかかわらず、この電池の化学組成が前述のコイン電池と非常に似ていることを示しています。dQ/dEプロットから判断すると、この電池にはNMC型カソードが含まれている可能性が高いです。さらに、ピークの比率が類似しているため、同じ材料である可能性もあります。