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【技術資料】-LIB の分析- 固体 NMR による Li 状態解析

技術レポート:No.T1707 / 2017.06.01

概要

スマートフォンやノートパソコン等に幅広く使用されているリチウムイオン電池(LIB)では、正極と負極の間を Li イオンが移動することで充電や放電が行われます(図1)。 充放電の繰り返しで電池の劣化が進むと、電極内に留まる Li が生成し、電池容量が低下するため、Li の存在状態を把握することが重要です。
 電極中Liの化学的状態について調べる有用な手法として、固体NMR分析があります。ここでは、充放電前後の黒鉛負極材に存在する Li の化学状態について解析した結果を紹介します。

【図1】LIB の模式図

【図1】LIB の模式図

【図2】固体 NMR 装置

【図2】固体 NMR 装置

分析例

黒鉛負極材中のLi状態を解析するため、固体NMRで分析した結果を以下に示します。

【図3】黒鉛負極材の7Li MAS NMR スペクトル

【図3】黒鉛負極材の7Li MAS NMR スペクトル

【表】ピーク帰属

試料 状態 化学シフト(ppm) 推定帰属
黒鉛負極材 放電 30〜-70 Li塩、LiCx (12<x<27)
充電 0〜30 Li塩、LiCx (12<x<27)
45 LiC6, LiC12

充電状態では、LiC6, LiC12に帰属されるピークが 45ppm に観測され、Li イオンがグラファイト層に存在していることが分かります。一方、放電状態からは Li 塩や LiCx(12<x<27)といった、残存 Li 由来のピークが観測されました。このように、固体 NMR を用いることで、材料劣化に影響する残存 Li の状態を把握出来ます。

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