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リチウムイオン電池

電池性能をさらに向上させるための分析法を提案します。

住化分析センターは、スマートフォンや自動車への展開が進むリチウムイオンニ次電池[LIB]に関し、不活性雰囲気でのセル解体、部材(電解質、電極、セパレーターetc.)分析、充放電における内部変化を把握するためのin situ分析などの各種分析サービスを提供しています。また、合剤スラリーの状態解析、電極構造の数値化を通して、製造工程の最適化のための分析提案も行います。

特長/当社の強み

①コインセルから自動車用の大型セルまで様々な電池の解体、材料分析が可能です。不活性雰囲気で分析することで、活物質最表面の構造や電解液組成などの正確な情報を取得します。
②充放電による内部変化を把握するためのin situ分析を提供いたします。
③合剤スラリーの状態解析や電極合剤の分散性の数値化により電極製造法の最適化に貢献いたします。

Liイオンニ次電池分析項目

各種部材における分析項目の一例を示します。

分析対象 評価項目 手法・測定装置
合剤スラリー(濃厚系) 粒度分布 濃厚系粒度分布測定器
運動性 NMR
レオロジー レオメーター
正極・負極 表面付着物の定性 STEM-EDX,TOF-SIMS
活物質の結晶構造 XRD
元素組成・表面状態・深さ分布 XPS、ICP/AES、ICP/MS
バインダーの分散性 FE-EPMA、SCAICAS
導電助剤の分散性 ラマン分光、EPMA
電極内の導電ネットワーク SPM
負極SEI TEM、XPS、LC-MS
バインダーの分子量分布 GPC
バインダーの定性 FT-IR、熱分解GC-MS
電解液 電解質の拡散性 NMR
電解液成分(組成、劣化物) GC-MS、NMR
電気化学特性 サイクリックボルタンメトリー
セパレータ 構造情報 SEM、DSC
酸化劣化評価 ケミルミネッセンス
電池セル 性能、安定性、特性等 充放電試験
内部抵抗(コールコールプロット) 交流インピーダンス
構造解析 X線CT
危険性評価 ARC
充放電による電極の反応分布 in situ顕微鏡観察
充放電による価数変化 in situ XAFS
充放電による結晶変化 in situ XRD
充放電によるガス組成変化 オンラインガス分析

分析の流れ

化学分析会社として培った実績を基に、知りたい情報に適した分析を設計、提案します。電池性能に関わる電解液組成や電極構造の数値化といった分析実績を多数有しております。不活性雰囲気での電池解体や前処理も対応可能です。図に電池セルを提出いただいた場合の分析フローを示します。

図 電池セルの分析フロー 図 電池セルの分析フロー

応用例/解析例/事例

 電極合剤の分散性を定量的に評価することで電極製造工程の最適化に貢献いたします。図1に正極断面におけるフッ素系バインダーの分布を可視化した事例を示します。画像解析によりバインダーの結着状態やマイグレーションを定量的に把握し、電池性能との関係を調査します。なお、負極においては、染色技術により炭化水素系バインダーを炭素活物質と区別して、分布観察することも可能です。
 in situ分析により、充放電による電極の内部変化を把握することも可能です。一例としてin situ顕微鏡観察を紹介します。in situ顕微鏡観察では、充放電速度や電圧、温度による負極のリチウムの分布状態の変化やデンドライト発生過程を把握することが可能です。図2に過充電時における負極のデンドライト発生過程を捉えた事例を示します。デンドライト発生は正極、負極の短絡を引き起こす可能性があるため、その過程を捉えることは安全性向上のために重要です。このように充放電中の電池内部をin situ観察することで課題を把握し、改良ポイントを提案いたします。

図1 正極断面におけるフッ素系バインダーの分布 図1 正極断面におけるフッ素系バインダーの分布
図2 in situ顕微鏡観察によりLiデンドライト発生を捉えた様子 図2 in situ顕微鏡観察によりLiデンドライト発生を捉えた様子

技術事例

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