電池

リチウムイオン二次電池

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の性能を論ずる上で、LIB(リチウムイオン二次電池)の高性能化、長寿命化、低価格化は重要事項です。
クリアライズは、LIBに関する分析メニューと実績を充実させ、皆様の研究開発を支援してまいります。

 

LIBの基本構成

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
結晶構造 XRD、TEM、STEM
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
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
各電極
(SEI)
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 GCMS
電極材料 カーボンの状態分析 XPS
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
セパレータ 形態観察 SEM、TEM、STEM
定性 FT-IR、Py GC-MS、固体NMR
構造解析 SEM
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

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。

  • GBでの解体風景

    車載用リチウムイオン電池分解の様子

  • 解体したLIB1

    分解したリチウムイオン電池(負極側)

  • 解体したLIB2

    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。
LIB正極材大気非暴露XRD
リチウムイオン電池正極材組成解析(XRD)
【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
FT-IRスペクトル
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。

  • セパレータ断面構造イメージ

  • セパレータ材質特定例(FT-IR)

    セパレータ材質特定例(FT-IR)

電池内部ガス分析


 ガスバッグ内で電池の内部ガスを放出させて、ガスクロマトグラフ質量分析(GCMS)で成分を特定した例です。

  • 電池内部ガス放出状況

    ガスバック内での電池内部ガスの放出状況

  • 電池内部ガスGCMS

    電池内部ガス成分分析(GC/MS)事例