Analysis & Evaluation SectionCase Study
事例紹介リチウムイオン電池分野-8
XRDを用いた正極のサイクル劣化解析
大気非暴露雰囲気下での結晶構造評価が可能。
XRDによる三元系正極（ハーフセル）のサイクル劣化解析結果
XRDスペクトル
- 初期、サイクル後いずれも層状岩塩型構造のLi（Mn0.33Co0.33Ni0.33）O2である事が確認された。
従って、サイクルに伴う結晶構造相転移は生じていないことが分かった。 - サイクル後では、放電状態にも拘わらず六方晶Ⅱの残存が確認された。（本来は六方晶Ⅰ）
⇒サイクル後では、Liイオンの挿入脱離反応が阻害された可能性がある。
XRDでは結晶構造の変化を捉える事が出来ます。
放射光XAFSによる充電挙動解析
大型放射光施設を利用した状態解析が可能。
X-ray absorption fine structure
X-ray absorption fine structure
XAFSとは
XAFSによる三元系正極の充電挙動解析結果
まとめ
- 充電により全ての金属のXANESスペクトルが高エネルギー側にシフトした。（XAFSではXPSでは捉えられなかった状態変化（価数増加）を捉える事が可能。）
- MnのXANESスペクトルはMnOよりもMnO2にスペクトル形状が近いことから、Mnの状態はMnO₂に近い構造で充放電反応が生じていると考えられる。
XAFSでは価数評価や原子間距離等、元素の構造を評価する事が可能です。
GC‐MSによる電解液の分析
大気非暴露雰囲気で電池からの電解液抽出と、
有機化合物の定性・定量分析が可能。
有機化合物の定性・定量分析が可能。
前処理方法
Ar雰囲気中で電池から電解液（原液）の抽出、溶媒希釈後、GC-MS分析を実施した。
未試験電解液のトータルイオンクロマトグラム
質量解析結果
- 主溶媒としてエチルメチルカーボネート（EMC）、ジエチルカーボネート（DEC）
及びエチレンカーボネート（EC）が検出された。 - その他、添加剤と思われるビニレンカーボネート、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル
及び反応生成物と思われるオキシフッ化リンが検出された。 - 簡易定量の結果、主溶媒の組成比はEC：DEC：EMC＝2：1：2であった。
GC-MSを用いて主溶媒、添加剤、反応生成物の定性・定量が可能です。
放射光XAFSを用いた正極のサイクル劣化解析
放射光を用いて元素の価数や電子状態の解析が可能。
三元系正極（ハーフセル）のサイクル試験結果
XAFSによる三元系正極（ハーフセル）のサイクル劣化解析結果
- Mn、Coのピーク位置はサイクル後ほとんど変化しなかったが、Niは高エネルギー側にシフトしており、サイクルに伴う価数の増加が確認された。
XAFSでは価数評価や原子間距離等、元素の構造を評価する事が可能です。
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