技術情報誌 202003-01 リチウムイオン電池材料

技術情報誌The TRC Newsは、研究開発、生産トラブルの解決、品…

化解析や電池内での反応分布を直接観測するために不可欠であり、この技術を活用することで、材料開発やセル設計を進める上で、重要な知見を得ることができる。また、電池を駆動させながら、ということに限らず、電池材料の熱安定性や化学構造の温度依存性を知ることは、製品の性能改善のために有効である。本稿では当社で取り組んでいる、充放電や温度変化などの各種in situ分析を紹介する。 【目次】 １．はじめに ...

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【分析事例】燃料電池等の窒素ドープカーボン材料窒素の置換位置評価

ケミカルシフトを利用して窒素の置換位置の同定や定量的な分離が可能です

燃料電池の電極触媒であるPtに替わる材料として、窒素（N）原子を導入したカーボン材料が注目を集めており、その触媒活性にはカーボン材料中に存在するNの置換位置が大きく関わっています。XPS分析では、Nの結合状態や置換位置の違いによりケミカルシフトが生じるN1sスペクトルの評価を行うことで、Nがどの位置のCと置換されたのかの同定や定量的な分離が可能です。...詳しいデータはカタログをご覧ください...

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技術情報誌 201907-01 全固体電池設計・開発のための分析

技術情報誌The TRC Newsは、研究開発、生産トラブルの解決、品…

【要旨】 全固体電池の本格的普及に向け、特性向上及び安全性、耐久性の確保など、様々な課題を解決する必要がある。電解液系リチウムイオン電池とは異なり、固体電解質の材料物性値など、新たな評価技術への取り組みは今後重要になると考えられている。本稿では全固体電池の設計・開発において、「材料開発」、「電池作製プロセス改善」に有用な、最新の分析評価技術について事例も交え紹介する。 【目次】 １．はじめに...

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【分析事例】リチウムイオン二次電池バインダの成分分析｜受託分析

熱分解GC/MSによる有機成分の同定

リチウムイオン二次電池は、金属、無機から有機物質、固体から液体と多種多様な材料が使用されています。各材料の物性や組合せはデバイスの特性・信頼性に大きく反映されますので、材料の正確な解析・評価が必要となります。今回、リチウムイオン二次電池の負極を熱分解GC/MS（pyro-GC/MS）で測定した結果、本バインダ材料はSBR（スチレンブタジエンラテックス）系であることが分かりました。この他にバインダの...

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【分析事例】リチウムイオン二次電池内部の非破壊観察

X線CTによる観察事例

リチウムイオン二次電池はスマートフォン・デジタルカメラなど、幅広く使われている電池です。リチウムイオン二次電池は充放電を繰り返すことで劣化し、電池が膨らむ現象が発生することがあります。この現象が発生した電池を調査する場合、内部に溜まったガスや電解液等による反応が懸念され、加工には危険を伴うことから非破壊で内部の構造を確認する必要があります。 本事例では充放電を繰り返したリチウムイオン二次電池の...

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【分析事例】リチウムイオン電池の高分解能X線CT観察

非破壊で電池内部の層構造・異常箇所を確認できます

リチウムイオンポリマー電池は、モバイルバッテリーや電子機器などの身近な製品に幅広く利用されています。 本資料では、ラミネート型のリチウムイオンポリマー電池をX線CTで分析した事例を紹介します。X線CTを用いることで、20mmx40mmの電池を破壊せずに内部構造を観察し、数μmの異物や空隙の有無・位置を確認することが可能です。 詳しくは資料をダウンロード、またはお問い合わせください。...詳...

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【資料】リチウムイオン二次電池電解液成分の分布シミュレーション

電解液界面近傍の模式図や電解液中の溶媒和構造などを図を用いて詳しく掲載…

リチウムイオン二次電池の充放電過程において、電解液中及び負極との界面近傍では溶媒和の形成、脱溶媒和、電気二重層の形成、Liイオンの脱挿入など様々な現象が生じています。 当資料では、有効遮蔽媒質法とReference Interaction Site ModelをハイブリッドさせたESM-RISM法を用いて、電解液成分のミクロな分布をシミュレーションによって評価した事例をご紹介。 当手法...

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【分析事例】Si系太陽電池のBSF層の評価

断面イメージングSIMSにより面内分布のある不純物評価が可能

表面に凹凸のある太陽電池について、凹凸の影響を避けて面内分布評価を行う方法として、断面加工試料をイメージングSIMSにより評価した事例を紹介します。断面SCMによりp+ Si層と判定された領域では、BとAlが高濃度存在することが分かりました。さらに、ラインプロファイルを用いてドーパント分布を濃度変換し、面内の不均一の度合いを数値化しました。太陽電池以外にもパワーデバイスなどの深い接合評価、トレンチ...

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【分析事例】リチウムイオン二次電池電極の三次元的観察

Slice and Viewによる充填度・ボイドの観察

リチウムイオン二次電池の電極は、正極・負極ともに活物質・導電助剤・バインダから構成されています。 電池の容量や信頼性等の特性には、材料の組合せや配合比・活物質の充填度・ボイド等が大きく影響していますが、このうち、充填度やボイドを観察する方法として完全ドライ雰囲気で加工・観察が出来るFIB-SEM観察が非常に有効です。更に三次元的な観察(Slice & View)を行うことで電極の様子を直接的に評...

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【分析事例】多結晶シリコン太陽電池のPLマッピング

太陽電池セルの欠陥の位置を非破壊で特定することができます

太陽電池に禁制帯幅以上のエネルギーの光を照射するとキャリアが生成し、一部は発光性再結合をします。その際の発光をフォトルミネッセンス（PL）と呼びます。しかし、欠陥が存在する箇所では、キャリアが捕捉されPL強度が弱くなります。このことから、PLマッピング測定をすることで、非破壊かつ簡便に欠陥箇所を特定することができます。多結晶シリコン太陽電池セルにおいて、PLマッピング測定を行い、欠陥箇所を特定した...

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【分析事例】有機薄膜太陽電池の断面観察

低加速電圧のSTEMを用いると有機膜のわずかな密度の違いが観えます

p型・n型材料の混合膜を使用するバルクへテロ接合型太陽電池では、高効率化のために膜内の材料の混合状態を適切に制御する必要があります。密度が低い膜（有機膜など）においては、TEM専用機を用いた高加速電圧(数百kV)では電子線の透過能が高いためにコントラストをつけることが困難です。 一方、わずかな密度の違いが反映される低加速電圧のSTEM像観察では膜内の混合状態が明瞭に観察できています。...詳しい...

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【分析事例】二次電池 負極粒子表面の分布評価

一粒の粉体表面に分布する成分の評価が可能

リチウムイオン二次電池で使用される黒鉛負極粒子を塗布したシートを、TOF-SIMSにて分析した事例をご紹介します。一粒の粉体の表面にグラファイトとPVDFが分布している様子が確認できました。 飛行時間型二次イオン質量分析法（TOF-SIMS）は、二次イオンのマススペクトルから表面の有機物・無機物の定性・イメージに適した手法です。分解能よく分析することが可能なため、微小異物やしみなどの分布評価に有...

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【分析事例】リチウムイオン二次電池の加熱劣化試験

加熱劣化後のサンプルをLC/MS/MS,TOF-SIMS,TEM+ED…

リチウムイオン二次電池の開発には、高性能化・長寿命化・信頼性向上などの課題があります。これらの課題を解決するためには、電池の劣化機構の解明が重要です。今回は、温度による劣化機構についての評価のために、加熱劣化試験を行いました。加熱劣化試験後、大幅な容量低下が見られたサンプルについて、電解液をLC/MS/MS、負極表面をTOF-SIMS、負極断面をFIB-TEM+EDXで評価しました。...詳しいデ...

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二次電池正極導電助剤の分散状態評価

Raman分光法によるカーボンの結晶性評価

リチウムイオン二次電池の特性向上において電子伝導度は重要な要素であり、導電助剤には高電子伝導度や高分散性が求められています。導電助剤の主流となっているカーボンは、大きく分けて結晶性・非結晶性の2種類あり、単剤もしくは合材として使用されています。本資料では、正極の導電助剤のカーボン種について結晶性を指標として特定し、面内分布を可視することで分散状態を評価した事例を紹介いたします。 測定法：Rama...

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【分析事例】リチウムイオン電池電解液中のフッ化物イオン濃度評価

NMRを用いてフッ化物イオンの定量分析が可能です。

リチウムイオン電池の電解液主成分であるLiPF6（六フッ化リン酸リチウム）は、水分との反応で加水分解を起こし、フッ化物イオンを発生させることが知られています。本資料では、対象化合物の標品を用いずに絶対定量が可能な19F-NMRを用いて、電解液（1M LiPF6 , EC:EMC = 3:7 v/v)の大気曝露によって生成したフッ化物イオン濃度を評価した事例を示します。 測定法：NMR 製品分野...

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【分析事例】結晶Si太陽電池の不純物評価

金属元素および大気成分元素の極微量分析

結晶Si太陽電池の基板成長からセル形成までの各工程で必要とされている不純物量制御のための評価法として、高感度分析による元素濃度測定をご提案します。金属元素はppb以下、Hを含む大気成分元素についてはppm以下の濃度まで計測可能です。 測定法：SIMS・ICP-MS・エッチング・解体 製品分野：太陽電池 分析目的：微量濃度評価・製品調査 一行開けて「詳しくは資料をダウンロード、またはお問...

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【分析事例】リチウム二次電池負極表面の劣化評価

大気非暴露で前処理から測定・観察まで行います

容量低下が見られるリチウムイオン二次電池負極表面を大気非暴露で評価した結果、100～200nm程度のCoを含む付着層が確認され、Coは金属状態であることがわかりました。 適用可能な手法観察手法：FIB‐TEM, SEM 表面分析：SIMS,XPS,AES,TOF‐SIMS その他構造評価等も可能です。 測定法：SEM・FIB・TEM・XPS・EDX 製品分野：二次電池 分析目的：化学結...

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【分析事例】リチウムイオン二次電池内ガスの評価

電池内ガス成分の定性・定量

リチウムイオン二次電池の電解液は、充放電の繰り返し等で分解しガス化することが知られています。 GC-TCDやGC/MSを使用することで、分解したガス成分を高感度に検出することができます。 GC-TCDでは8成分(H2, O2, N2, CO, CH4, CO2, C2H4, C2H6)の組成比、GC/MSでは様々な分解物などを定性分析可能です。ラミネート型だけでなく、コイン型、角型のセル、さら...

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【分析事例】量子化学計算によるアゾベンゼン類の電気化学特性評価

電池などに用いられる有機化合物の酸化還元特性・電子状態を予測・評価

還元活性を有する芳香族アゾ化合物は、アルカリイオン電池やレドックスフロー電池において現在主力の金属活物質を代替する低環境負荷の次世代有機活物質として注目されています。 電池性能の評価には、実験に加えシミュレーションを用いた物質の電子構造や酸化還元特性の検討が有用です。本資料では、量子化学計算によりアゾベンゼンとそのカルボン酸誘導体塩の還元電位、分子軌道計算を行った事例を紹介します。このようにシミ...

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【分析事例】a-Si薄膜太陽電池中のドーパント濃度分布評価

対象元素に応じて測定条件を選択

フレキシブル薄膜Si太陽電池において、a-Si(アモルファスシリコン)中のドーパントの濃度分布を定量的に評価した事例をご紹介します。樹脂で封止されたサンプルを解体し、SIMS分析を行いました。 Bの分析(図3)では表面側の浅い箇所に存在するため、深さ方向分解能を高めて測定を行いました。 Pの分析(図4)ではa-Si中に多量のHが存在して質量干渉を起こすため、高質量分解能法によりH+Siを分離し...

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【分析事例】CIGS薄膜太陽電池の原子レベル構造分析

Csコレクタ付STEMによる原子レベル分解能EDX分析

TEMの球面収差を補正したCsコレクタ付TEM装置を用いることで、高分解能で素子の断面構造観察を行うことができます。 本事例ではCIGS薄膜太陽電池の光吸収層の高分解能(HR)-STEM観察とEDX元素分布分析を行ったデータを紹介します。4種類の元素からなる多結晶構造を持つCIGSにおいて、原子分解能レベルのEDX分析を行うことで、視覚的に原子の分布を明らかにすることができました。...詳しいデ...

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【分析事例】結晶Si太陽電池のキャリア分布評価

表面凹凸のあるサンプルでのキャリア拡散層の均一性評価

BSF型結晶Si太陽電池について、表面側テクスチャ部および裏面側BSF部のキャリア拡散層分布をSCMにて評価した事例を紹介いたします。テクスチャ部では表面凹凸に沿ってpn接合が形成されているのに対し、BSF部ではキャリア分布に途切れがあり不均一であることが確認できます。...詳しいデータはカタログをご覧ください...

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【分析事例】固体高分子燃料電池電解質膜の劣化調査

LC/MS・ICによる劣化溶出成分の評価

固体高分子形燃料電池(PEFC) は常温で高出力のため車載用、家庭用コージェネレーション、モバイル用として注目されています。 今回は固体高分子電解質膜をフェントン試薬（過酸化水素水＋鉄イオン共存溶液）により模擬的に劣化させて溶液中の劣化分解物の調査を行いました。LC/MSにより劣化分解物の組成情報を、ICにより溶出イオンの情報を得ることができます...詳しいデータはカタログをご覧ください...

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【分析事例】LIB(リチウムイオン)正極材料の解析

雰囲気制御＋冷却下での原子レベル観察

MSTでは、雰囲気制御（＋冷却）下で原子レベルのTEM分析が可能です。 本資料では、リチウムイオン二次電池から大気非暴露で解体して取り出した正極材料のLiCoO2粒子を、雰囲気制御＋冷却下でFIB加工・TEM分析した事例をご紹介します。-174℃に冷却しながらSTEM観察とEDX分析を行い、視覚的に原子配列を確認しました。 熱的安定性の低い材料や、大気下で変質する結晶材料の高分解能分析に適...

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【分析事例】リートベルト解析法による粉末結晶材料の構造精密化

粉末X線回折データから結晶構造の精密化が可能です

本資料では、リチウムイオン二次電池の正極活物質として利用されているLi(Ni,Mn,Co)O2の粉末X線回折データに対するリートベルト解析事例を紹介します。シミュレーションによって実測の粉末X線回折データを再現するような結晶構造モデルを求めることで、格子定数・各サイトの占有率・カチオンミキシングの割合などの結晶構造パラメーターを精密に算出することが可能であり、これらを基に材料物性を考察することがで...

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【分析事例】バッテリー正極材の活物質抽出およびデータ解析

深層学習×データ解析によりSEM像から活物質の粒径を求めました

深層学習により、画像から目的の対象物を抽出することが可能です。また、得られた対象ごとに領域を解析することで数値として情報を得ることができます。 今回、バッテリー正極材の断面SEM像に対して、深層学習を用いて活物質粒子の抽出、クラックの検出をしました。Slice&Viewデータのような3Dデータに対しても同様に抽出が可能です。3Dデータからクラック有、クラック無粒子を抽出し、それぞれの粒径を算出し...

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技術情報誌 202101-02 電気化学的特性評価と解体分析

技術情報誌The TRC Newsは、研究開発、生産トラブルの解決、品…

【要旨】 リチウムイオン電池（LIB）のフルセルを用いた非破壊の電気化学的特性評価から劣化要因を推測、さらに電池を解体して化学分析を実施し、電極劣化状態を定性、かつ定量的な解析に取り組み、当社主催の「第5回蓄電池ユーザーズミーティング」（2019年6月）にて、黒鉛/SiO複合負極の劣化解析手法を提案した。本稿では、高容量次世代材料として期待される黒鉛/SiO複合負極を使用してセルを試作し、サイク...

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蛍光寿命測定

Fluorescence lifetime measurement

物質に光を照射し、励起された電子が基底状態に戻る際の過程の一つに発光（フォトルミネッセンス）があります。そのうち、パルスレーザーにより物質を瞬間的に励起し、発光の減衰時間を測定する手法が時間分解フォトルミネッセンスと呼ばれるものであり、得られたスペクトルを解析することにより、蛍光寿命を算出します。 物質の蛍光寿命を測定することにより発光過渡現象をよりダイナミックに把握できます。このため、蛍光...

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【資料】二次電池材料の物性評価

正極剤活物質、導電性助剤の粒子径分布、比表面積 / 細孔分布測定

当資料では、二次電池材料の物性評価について紹介しています。 粒子径分布測定例をはじめ、電極担体の評価例やアプリケーション、 評価装置などを掲載。 表を用いてわかりやすく解説していますので、是非ご一読ください...

メーカー・取り扱い企業： マイクロトラック・ベル株式会社

【分析事例】CIGS薄膜太陽電池特定結晶粒の評価

任意断面のEBIC測定で特徴があった箇所の直交断面観察

EBICとEBSDで電気的性質と結晶の関連性についての知見が得られますが、情報の深さが異なります。EBIC分布測定で電気的性質が特徴的であった箇所について、直交断面を作製し、奥行き方向のSTEM像観察を行いました。また、各結晶粒について電子回折を測定しました。これにより、電気的性質と結晶粒・結晶粒界の関係がより一層、明らかになりました。STEM観察および電子回折測定を行うことにより、特定箇所の結晶...

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