電池

リチウムイオン二次電池(LIB)性能評価

LIBの勝者が、EVの勝者だ！

LIBに対してクリアライズができること

EVの性能を左右するリチウムイオン電池（LIB）。クリアライズは、高性能化、長寿命化、低価格化に向けた研究開発を、最先端の分析技術で支援します。正極・負極の材料分析から、電解液・ガス分析まで、LIBのあらゆる解析ニーズにお応えします。

リチウムイオン二次電池(LIB)分析・試験

分析例

パターン1
■正・負極
　電極の劣化解析、電極の不良原因調査、不純物調査、活物質の劣化解析、
　充放電の影響調査（活物質の表面析出調査、活物質の表面皮膜の組成・
　膜厚調査）
■セパレータ
　熱変形調査、短絡原因調査
■電解液
　不純物調査、変質調査、劣化生成物の推定
■内部ガス
　充放電が電解液に及ぼす影響調査

パターン2
異物調査、劣化調査、不具合調査、不純物調査、品質管理、材料開発、新旧材料比較、リサイクル、etc

二次電池基本メニュー

分析部位	分析項目	分析装置
正極	元素組成	XRF、SEM-EDX、XPS、AES
	Li、遷移金属定量	ICP、XPS
	Li 状態	NMR、XPS
	遷移金属価数・局所構造	XPS、STEM-EELS、XPS
	表面修飾構造	AES、STEM-EDX、XPS
	表面組成	SEM-EDX、XPS、STEM-EDX、AES、SEM-Raman
	結晶構造	XRD、TEM、STEM
	結晶性の変化	SEM-Raman
	微細構造	TEM、STEM、SEM-EDX
	価数評価	STEM-EELS、XPS
	熱特性	DSC
	形態観察	SEM、TEM、STEM
	表面元素分布	AES、SEM-EDX、XPS、STEM-EDX/EELS
負極（カーボン）	元素組成	XRF、XPS、AES
	Li、溶出遷移金属定量	ICP、XPS
	結晶構造	XRD、TEM、STEM
	構造解析	TEM、STEM
	形態観察	SEM、TEM、STEM、AES
	表面元素分布	AES、SEM-EDX、XPS、STEM-EDX/EELS
	結晶性の変化	XRD、SEM-Raman
	深さ方向の組成	XPS、AES
	汚染状態の調査	TOF-SIMS
	Li 状態	固体NMR、XPS、XRD
負極（Si）	Li、Si の定性・半定量	XPS、STEM-EDX/EELS
	Li シリケートの定性・半定量	XPS、STEM-EELS
	SEI 被膜の定性・定量	XPS、AES、抽出分析
	元素分布	AES、XPS、SEM-EDX、STEM-EDX/EELS
SEI被膜	形態観察・元素分布	SEM、TEM、STEM-EDX/EELS、AES、XPS
	膜厚	XPS、AES、STEM-EDX/EELS
	被膜組成・定性・定量	XPS、溶媒抽出NMR、溶媒抽出LC-MS
	溶媒分解物の定性、定量	GC-MS
電極材料	カーボンの状態分析	XPS、SEM-Raman
バインダー	ポリマー種判定	FT-IR、Py GC-MS、NMR
	バインダ量	TG-DTA
	分散状態評価	SEM-Raman
セパレータ	形態観察	SEM、TEM、STEM
	定性	FT-IR、Py GC-MS、固体NMR、SEM-Raman
	構造解析	SEM、SEM-Raman
	表面化学状態	XPS
	不純物・セラミック元素定性/ 定量	XRF、ICP
電解質（電解液）	溶媒組成・定性・定量	NMR、GC-MS、LC-MS
	添加剤分析・定性・定量	NMR、GC-MS、LC-MS
	リチウム塩定性・定量	ICP
	水分量	カールフィッシャー
	Li、不純物定量	ICP
	拡散係数測定	PFG-NMR
	F, P,B, Li の状態	NMR
ガス	無機・有機ガス	GC、GC-MS
	硫黄系ガス	GC-FPD
	正負極分離ガス分析	GC
製品	発生ガス、電解液、電極の観察	GC、GC-MS、NMR、SEM、XRD
	放電処理	HZ-PRO
	dQ/dV曲線による劣化解析	ポテンショ/ガルバノスタット

社内試験のオーバーフローを解決する
クリアライズの分析調査フロー

〇内部構造解析

　　電池の内部状況をＸ線ＣＴで撮影して３Ｄで解析が可能です。分解するときの隙間を確認するうえでも役立ちます。　

車載用リチウムイオン電池のX線CT

〇放電処理

　　マルチポテンショスタッドにて、SOC数％以下まで放電処理します。同時に充放電特性も取得可能です。

〇分解処理

　　大気非曝露雰囲気下でリチウムイオン電池を分解し、正極・負極・セパレーターを取り出します。
　　分析に必要な部分を切り出し、形態観察や断面観察、材質特定が実施可能です。

車載用リチウムイオン電池分解の様子
分解したリチウムイオン電池(負極側)
分解したリチウムイオン電池(正極側)

部位別性能調査事例

負極合剤内のLi状態、電解液の性能・信頼性・寿命評価

負極合材内のLi状態調査（固体NMR）
充放電サイクルに伴う性能劣化、その因子であるLi状態の調査が可能

電解液の温度とリチウムイオンの拡散係数測定（液体NMR）

※シート状や半固体状資料の測定実績もございます。

正極・負極材料の構造解析

化合物種同定や結晶構造解析(格子定数・結晶粒径・結晶化度・配向状態・歪み・残留応力)、薄膜積層体の層構造解析(膜厚・密度・ラフネス)、ナノ粒子の粒径分布解析が可能です。
加熱条件下や大気非暴露下での評価も可能です。

【正極材の組成解析】
　電池内部の正極材を大気非暴露XRDで分析した例です。電池を劣化させることなく正極(NCM)由来のピークが検出できています。
　また、結晶状態を詳細に解析することで、劣化調査や基礎研究に役立てることも期待できます。

【参考動画】Li電池正極原料粉高温X線回折と負極材大気非暴露X線回折事例等

負極活物質上に析出したLi化合物の観察・分析

カーボン材料で構成されたリチウムイオン電池の負極材は、充放電により様々な反応物が生成されます。
特にカーボン活物質表面の局所的な構造変化を捉えることは、電池性能を大きく左右する重要課題とされています。

セパレータの異物成分特定・発生原因調査

【セパレータ上に認められた半透明異物の分析】
異物外観観察：マイクロスコープにより外観観察（半透明の物質確認）
異物構成要素分析：SEM-EDX分析の結果、異物はC,O,Nの有機物であると推定

異物の化学構造特定：FT-IRスペクトルを既知のデータベース照合
異物はタンパク質であり、人体由来の皮膚片であると推定

電池材料の生産工程においてセパレータや電極材料に異物が混入すると、短絡等による不具合発生の原因となります。
生産工程を管理する上で、異物の成分特定および発生原因調査は不可欠となっております。

【セパレータ材質特定例】
　電池内部のセパレーターを赤外線吸収スペクトルで分析した例です。３層構造となっており、それぞれ異なるスペクトルが得られています。