Analysis & Evaluation SectionCase Study
事例紹介リチウムイオン電池分野-1
全固体電池向け解析技術のご紹介
固体電解質
全固体電池解析技術
- イオン伝導率/拡散係数評価：パルス磁場勾配NMR
- 粉体物性/接触界面制御：水銀圧入法、窒素ガス吸着法
- 多孔質材料の孔径/ガス透過性：パームポロメーター、純水封入ポロシメーター
- 物性評価：結晶構造、弾性率、粒度分布、真密度、比表面積
- 非暴露ナノインデンテーション
スラリー材料
全固体電池解析技術
- 分散性：ゼータ電位、クライオ断面SEM
- 活物質-溶剤の親和性（濡れ性）：パルスNMR、HSP（ハンセン溶解度パラメータ）
- スラリーのレオロジー：動的粘弾性
- スラリー物性：非暴露での接触角，表面張力
電極・構成材料の構造解析
全固体電池解析技術
- 充放電時の結晶構造：ラミセルIn-situXRD
- 負極合材膨張、活物質中Li分布：断面SEM・AES
- 正極断面 反応ムラ分布：ラマンマッピング
- 構成材料の3次元分布：3D-FIB&画像解析
- 活物質中のLi評価：断面AES
- バインダー分布：電子染色/EDX&EPMA
- 劣化解析：STEM、切断面XPS、放射光、TOF-SIMS（変質層断面イメージング）
硫化物系全固体電池の正極劣化解析
特殊な前処理手法と高品質なイオンミリング断面加工技術を活かして、
１セルから複数の分析データを取得出来ます！
１セルから複数の分析データを取得出来ます！
正極断面のTOF-SIMSイメージング（試験後）
- 試験後における正極活物質内部に多数のクラックが存在した。
- 断面TOF-SIMSイメージングの結果、B系のコーティングが存在するにも拘わらず、正極活物質表層に固体電解質が酸化分解した痕跡を捉えた。
大気非暴露斜め切削部のXPS分析
SAICAS® [サイカス]
Surface And Interfacial Cutting Analysis System
Arグローブボックス内にSAICASRを設置。
全固体電池 合材層の斜め切削面における表面分析を可能とした。
全固体電池 合材層の斜め切削面における表面分析を可能とした。
正極合材、セパ層のXPS分析結果（試験後）
- 合材斜め切削部のXPS分析によって、合材に含まれる固体電解質の劣化状態を確認出来る。
- P₂p、S₂pから分離されたP-O、S-Oは固体電解質の酸化分解を示し、表面側に比べてセパ層側の劣化が進んでいた。
市販酸化物系全固体電池の断面解析
市販酸化物系全固体電池の断面解析を行い、
構造/構成材料を調査しました。
断面SEM観察結果
断面EDXマッピング＆TOF-SIMSイメージング結果
- 電池は電極が50層で構成され、電極間に固体電解質層が存在した。
- EDXにて活物質合材からはO、P、V、固体電解質層からはO、Al、P、Tiが検出された。
TOF-SIMSにて活物質合材からLi、リン酸、VPO4が、固体電解質層からLi、リン酸、TiPO4が検出されたことから、
本電池はリン酸バナジウムリチウム／リン酸チタンアルミニウムリチウム／リン酸バナジウムリチウムの
全固体対称セルであると推測された。
酸化物系全固体電池でLiを含めた元素分布を評価可能。
FIB、STEMを用いた正極の3次元構造解析
活物質、導電助剤等の局所構造を3次元でビジュアル化。
画像解析を行うことで体積率も算出可能。
正極の大気非暴露3D-FIB画像構築
- 試料上部のイオン銃よりGaイオンビームを照射しクサビ型の断面加工を行う。（FIB）
- 試料斜めの電子銃より電子ビームを照射し断面観察を行う。（FE-SEM）
- 断面加工⇔断面観察を繰り返し行い、3次元画像を作製、構築する。
- 加工範囲は最大で約50um³（CUBE）
正極の3D-STEM画像構築
- FIBを用いて1um径程度の円柱体（マイクロピラー）を作製する。
- マイクロピラーをニードルステージで回転させながら透過像を連続撮影し、3次元画像を作製・構築する。
まとめ
- FIB-SEMでは、数十μm³（CUBE）における活物質、導電助剤、空隙などの3次元分布を確認可能。
- 3D-STEMでは、FIB-SEMよりも更に局所領域における活物質、導電助剤、空隙まどの3次元分布を確認可能。
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