Analysis & Evaluation SectionCase Study
事例紹介リチウムイオン電池分野-2
リチウムイオン電池の評価･解析手法
リチウムイオン電池の試作、性能評価、解体、解析まで、
一貫した受託システムを確立！
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リチウムイオン電池、電池用部材の評価フロー
EPMAによるバインダー分布評価
EPMAにより正負極のバインダー分布を可視化する事が可能。
さらに、数値解析によりバインダーのマイグレーション度を数値評価する事が可能。
さらに、数値解析によりバインダーのマイグレーション度を数値評価する事が可能。
LiNiMnCoO２正極のバインダー※1分布評価＋マイグレーション度算出
（※１：ポリフッ化ビニリデン：PVDF）
- FのEPMAピークはCoのサブピークと重複するためF単独の分布を取得出来ないが、強度補正を行う事でFマッピングを得る事が可能である。
- F分布と数値解析により、バインダーがマイグレーションしていることが分かった。
グラファイト負極バインダー※2分布評価
（※２：スチレンブタジエンゴム：SBR，カルボキシメチルセルロース：CMC）
- 通常、SBR，CMCは特徴となる元素が無いため、EPMAにて分布を確認する事が出来ないが、当社独自の前処理を実施する事で分布を確認する事が可能。
- 本分析により、SBRとCMCの分布が異なることが分かった。
PVDF、SBR、CMC等バインダーのマイグレーション評価が可能です。
イオンミリング‐SEM、Cs‐STEMを用いた正極のサイクル劣化解析
Cs-STEMにより、原子レベルでの結晶評価が可能。
イオンミリング-SEMによる三元系正極（ハーフセル）のサイクル劣化解析結果
Cs-STEMによる三元系正極（ハーフセル）のサイクル劣化解析結果
- サイクル後では、活物質粒子の割れが確認された。
⇒活物質としての機能が失われたものと推測される。 - 初期、サイクル後に拘わらず、活物質の表層には内部に比べて緻密な結晶相が存在し、
また緻密な結晶相は、サイクル後の方が厚かった。
⇒緻密な結晶相の厚膜化によって、Liイオンの挿入脱離反応が阻害されたものと推測される。
Cs-STEMにより微細な結晶構造を捉える事が出来ます。
大気非暴露SPMによる負極SEI解析
大気非暴露SPMによりSEI（Solid Electrolyte Interphase）の電気特性が評価可能。
イメージング（電流像）により抵抗分布も評価可能。
イメージング（電流像）により抵抗分布も評価可能。
SPM測定原理
測定内容
- コインセルサイズに電極を切り出し、固定後にSPM測定
- Li対極のハーフセルにて充放電（0.1C/5サイクル）
- 電極をDEC洗浄、真空乾燥し、SPM測定
SPM測定結果
- 同一電極、同一活物質上にて充放電前後のSPM測定が可能。
- 充放電前後の電流像/I-V測定結果から、SEIの電気特性が評価可能。
- 充放電に確認された電流分布は、SEIの厚み、組成等のムラによる抵抗の違いを示していると考えられる。
大気非暴露SPMにて、初充電条件、電解液組成等によるSEIの出来栄えを評価出来ます。
クライオSEMを用いた電解液浸透度観察
電解液を電極に滴下⇒凍結し、冷却状態で断面作成が可能。
その後、冷却状態を保ったままSEM観察が可能。
その後、冷却状態を保ったままSEM観察が可能。
前処理概要
- グラファイト負極に電解液 (1M-LiPF6 EC:DEC=1:1)を滴下し、凍結させた。
- 冷却状態で試料をへき開後、冷却状態を保ったままクライオFIB-SEMに導入した。
へき開面のクライオFIB加工＆クライオSEM観察結果
クライオFIB断面のクライオSEM-EDX分析結果
- 未注液品では活物質粒子内に空隙が存在した。
- 電解液注液品では活物質粒子内に空隙と白色コントラストを呈する箇所が確認された。
白色部はEDXマッピングにてF，Oが検出されたことから、電解液と推定された。
⇒電解液が活物質粒子内の空隙全体に浸透していない、もしくは外部と繋がっていない空隙が存在すると考えられる。
クライオFIB-SEMにて、電極中の液体分布が評価可能です。
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