リチウムイオン二次電池は、モバイル機器や自動車用と幅広い用途に用いられています。特に後者に関しては、高容量化、高出力化や安全性・信頼性評価に向けての材料開発が活発となっています。
活物質については、バルクの構造やインターカレーションに影響を及ぼす極表面の結晶構造の評価が重要です。また有機溶媒系電解質や固体電解質も製品の特性、安全性に非常に重要な部材となります。この他に導電性マッピング等電気的な評価を行うことで材料の総合的な評価が出来ます。
分析事例
・リチウムイオン二次電池正極材料の原子分解能分析
・リートベルト解析による粉末結晶材料の精密構造解析
・リチウムイオン二次電池電解液の分子動力学シミュレーション
・導電性評価による電極を構成する各種材料の分散調査
リチウムイオン二次電池正極材料の原子分解能観察
これはリチウムイオン二次電池から大気非暴露で解体して取り出した正極材料のLiCoO2粒子を雰囲気制御＋冷却下でFIB加工・TEM分析した事例です。
-174℃に冷却しながらSTEM観察とEDX分析を行い、原子配列を確認しました。
熱的安定性の低い材料や、大気下で変質する結晶材料の高分解能分析にも対応可能です。
リートベルト法による正極活物質材料の精密構造解析
これはリチウムイオン二次電池の正極活物質として利用されているLi(Ni,Mn,Co)O2の粉末X線回折データに対するリートベルト解析事例です。
シミュレーションによって実測の粉末X線回折データを再現するような結晶構造モデルを求めることで、格子定数・各サイトの占有率・カチオンミキシングの割合などの結晶構造パラメーターを精密に算出することが可能であり、これらを基に材料物性を考察することができます。
リチウムイオン二次電池正極材料の材質分布評価
リチウムイオン二次電池の正極について、その形状と導電性をマッピングすることで、周囲と絶縁された結晶粒や劣化によって導電性が低下した活物質の分布を可視化することが可能です。本事例では、リチウムイオン二次電池の正極を機械研磨によって断面を作成してSSRM測定を行い、統計処理によって材質の分布を推定した結果を紹介します。
正極材料の導電性マッピング
リチウムイオン二次電池電解液の分子動力学シミュレーション
リチウムイオン二次電池に用いられる電解液は一般的に溶媒と電解質塩から構成され、マクロには均一系と考えられますが、ミクロな視点から見ると溶媒和などの現象が起こっています。高性能な電池材料の設計にむけて、リチウムイオン溶媒和の局所的な構造や正極、負極へ挿入する際の反応などを理解することは重要です。本資料では分子動力学シミュレーションによって、リチウムイオン溶媒和のミクロな構造を評価した事例を紹介します。
バッテリーの分析事例はこちらからご覧ください。