二次電池 物理解析・表面分析

電池部材開発や劣化機構解明に必須となる環境制御下での材料・電極評価、劣化解析を、前処理、測定・解析技術を駆使して実施します。

リチウムイオン電池の正極、負極は、活物質、導電助剤、バインダーなどの粉末材料から構成されます。それぞれの粉末単体や、合材、電極体の評価を行います。

• 低加速SEMによる全固体電池の断面解析　(PDF技術資料)NEW
• 電池材料の劣化抑制評価への適用／EBSD測定　(PDF技術資料)NEW
• 高立体角・高感度EDXによる表面組成分析　(PDF技術資料)NEW
• FIB-3D-SEMを用いた、電極合材の分散状態や空隙率の評価　(PDF技術資料)
• SPMを用いた粒子単体の弾性率評価　(PDF技術資料)
• SPMを用いた圧粉成形体の機械物性評価　(PDF技術資料)
• 電池タブの超音波溶接部における接合評価　(PDF技術資料)NEW
• ナノインデンテーションを用いた破壊荷重測定　(PDF技術資料)
• SAICASを用いた電極・電池セル内の密着性評価　(PDF技術資料)
• 引張試験による二次電池部材の機械特性調査　(PDF技術資料)
• X線回折およびリートベルト解析を用いた結晶構造評価
• GD-OESを用いた正極バインダー分布評価　(PDF技術資料)
• 染色法＋SEM-EDXを用いた負極バインダー分布評価
• EBSDを用いた正極活物質一次粒子の結晶方位評価
• XPS, TOF-SIMSを用いた活物質表面被覆層評価

リチウムイオン電池では、充放電に伴い、リチウムイオンが正極、負極間を往来します。その際の酸化還元反応や、電極体の膨張収縮など、オペランド（in-situ）分析、観察により評価を行います。

また、近年、車両電動化ニーズの高まりに伴い、リチウムイオン電池にも急速充電性能向上が求められています。このようなハイレート充放電下における電極中のリチウムイオン分布評価を行います。

• オペランドXRDを用いた充放電過程における正極、負極活物質の結晶構造変化　(PDF技術資料)
• 放射光軟X線オペランドXAFSによるSi系負極活物質の評価　(PDF技術資料)
• 放射光硬X線オペランドXAFS/XRD同時測定による正極活物質の評価　(PDF技術資料)
• リチウムイオン電池のin-situ SEM観察　(PDF技術資料)
• GD-OESを用いた急速充放電時の反応分布評価　(PDF技術資料)
• 反応分布の電極合剤設計パラメータ依存性　(PDF技術資料)
• SPM(KPFM)を用いた電極中の反応分布評価　(PDF技術資料)
• SEI被膜形成過程のin-situ AFM観察　(PDF技術資料)

リチウムイオン電池は、繰り返し使用や長期保存によって劣化します。負極表面では、電解液の分解反応に由来するSEI(Solid Electrolyte interface)被膜の生成により、往来可能であったリチウムイオンが失活し容量低下を引き起こしたり、正極では活物質表面の結晶構造が変化し、リチウムイオンの往来を阻害することにより、抵抗増大を引き起こします。これらの要因解析を行い、活物質、電極の設計開発へのフィードバックのお手伝いをします。

• Cs-STEMを用いた正極活物質表面の原子分解能観察　(PDF技術資料①・ PDF技術資料②)
• TEM-EELSを用いた劣化挙動解析　(PDF技術資料)
• STEM-EELSと多変量解析の組み合わせによる状態分析マッピング　(PDF技術資料)
• SPM(SSRM)を用いた電極中の導電性ネットワーク、パス切れ評価　(PDF技術資料)
• XPS,TOF-SIMSを用いた複合劣化解析(PDF技術資料)
• クライオCP断面SEMを用いたSEI被膜の断面観察

リチウムイオン電池は、大気中の水分との反応により変質してしまうことから、大気非暴露での試料調製が重要です。さらに、前処理加工時、観察時の熱ダメージに弱い材料の分析も可能です。

その他、斜め切削法を用いたXPSによるライン分析を紹介します。

• 低ダメージ試料作製と冷却二軸ホルダを用いたCs-STEM観察　(PDF技術資料)
• 大気非暴露クライオFIB／in-lens SEMによる形態観察　(PDF技術資料)
• 斜め切削法を併用したXPSによる深さ方向状態分析　(PDF技術資料)