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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

原料粉体

粒度分布

画像解析式(カムサイザ—)

粉体と溶媒の親和性

HSP解析

合剤スラリー

粒度分布、沈降速度、分散安定性

沈降法

粒度分布、ゼータ電位

超音波スペクトロスコピー

分散性、親和性

パルスNMR

塗工性

レオメーター

正極・負極

電極の硬度、ヤング率

ナノインデンター

電極の密着性

遠心剥離法

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

XPSICP/AESICP/MS

バインダーの分散性

FE-EPMASCAICAS

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

TEMXPSLC-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-MSNMR

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

SEMDSC

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

XCT

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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