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材料解析技術特集

リチウムイオン電池(LIB)材料の解析

概要

 リチウムイオン電池(LIB)は小型軽量で大容量な二次電池です。現在は携帯電話やスマートフォン等、持ち運び可能な情報端末に広く利用されていますが、 電気自動車や蓄電システムといった大型電源用途としても開発が進められています。
 当社ではこれまでに培った分析技術を用いて、LIBを構成する各種材料に ついて様々な解析を行っています。


LIBの構造

 LIBは正極と負極がセパレーターで仕切られた構造をしており、電解液を介してLiイオンが電極間を移動することによって充放電されます。

  • 電池

    LIB電池パック

  • LIBの構成:正極_セパレーター_負極 電解液を介してLiイオンが移動

    LIBの構造

  • LIBで使用される材料の例
正極 活物質 コバルト酸リチウム
ニッケル酸リチウム
マンガン酸リチウム
NiMnCo複合酸化物Li塩
リン酸鉄リチウム
バインダー スチレン-ブタジエン共重合体(SBR)
ポリフッ化ビニリデン(PVDF)
導電助剤 カーボンブラック
集電体 アルミニウム箔
負極 活物質 黒鉛
バインダー スチレン-ブタジエン共重合体(SBR)
ポリフッ化ビニリデン(PVDF)
導電助剤 カーボンブラック
集電体 銅箔
セパレーター ポリオレフィン
電解液 エチレンカーボネート
ジメチルカーボネート
電解質 リチウム塩(LiPF6,LiBF4等)
LIBの解析

 LIBを構成する材料は多岐に渡るため、各種材料及びそれらの複合体について解析する技術が求められます。 当社では、以下のように様々な材料の解析に対応出来る技術を構築しております。

  • LIB構成材料の解析技術
材料解析内容分析手法
正極 活物質/バインダー/導電助剤の分布 断面SEM
活物質の同定
    結晶性評価
    結晶構造解析
TEM
ラマン分光
X線回折
活物質中金属元素の価数評価 ESCA(XPS)
バインダーの組成分析 固体NMR
CHN/燃焼IC
組成分析、Li定量 ICP-AES
負極 活物質/バインダー/導電助剤の分布 断面SEM
活物質の同定
    結晶性評価
    結晶構造解析
TEM
ラマン分光
X線回折
組成分析、Li定量 ICP-AES
Liの状態分析
金属Liの存在解析
固体Li-NMR
電解液、電解質 組成分析 ICP-AES、ICP-MS
GC、GC/MS
セパレーター 形態観察 クライオCP-SEM
組成分析 FT-IR
技術資料
  • 2017/10/31
    -LIBの分析- 大気非暴露ESCA分析を掲載しました。NEW
    リチウムイオン電池の負極材表面には、電池性能に影響する非常に薄い膜が形成される。この膜は大気中で変質するため、大気非曝露下で、表面分析に特化したX線光電子分光装置(ESCA)にて化学状態解析を行った事例を紹介します。
  • 2017/09/20
    '-LIBの分析- バインダーの分析を掲載しました。NEW
    リチウムイオン電池の電極には、活物質や導電助剤を結着するためのバインダーが含まれます。正極合剤に含まれるバインダーを分析した事例を紹介します。
  • 2017/06/01
    -LIBの分析- ICPによる組成分析、定量分析を掲載しました。NEW
    電池の充放電機構や劣化原因の解明には、リチウム等の組成分析、定量分析が有効です。正極・負極・電解液それぞれに適した前処理を用いた組成分析の例を紹介します。
  • 2017/06/01
    -LIBの分析- 固体NMRによるLi状態解析を掲載しました。NEW
    リチウムイオンの状態を把握することで、電池の充放電機構や劣化原因の解明に重要な情報が得られます。固体NMRによりリチウムイオンの化学状態を解析した例を紹介します。
  • 2017/05/08
    -LIBの分析- TEMによる正極材料の結晶構造解析NEW
    Liイオンの出入りのしやすさなど、結晶構造の相違や変化をTEMにより観察可能です。コバルト・ニッケル・マンガン系正極材の構造解析例を紹介します。
  • 2017/02/24
    -LIBの分析- ESCAによる正極材の組成、状態分析
    ESCAはLIBの分析に適しています。コバルト系正極シートの解析を行った事例を紹介します。
  • 2016/10/21
    -LIB の分析- 断面SEM観察による正極材料構造解析
    正極の活物質/バインダー/導電助剤の分布解析を断面SEMで実施した例を紹介します。
  • 2015/03/18
    Liイオン電池材料のXRDによる解析(最大エントロピー法)
    正極材料の結晶構造及び電子密度をXRD(Rietveld法)と最大エントロピー(MEM)法を組み合わせて解析した例を紹介します。
  • 固体NMR

    固体NMR

  • GCIB-ESCA

    GCIB-ESCA