S C A S 新分析装置紹介 新分析技術

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SCAS  NEWS  2012-Ⅰ 1 はじめに

 低炭素社会実現の鍵を握るエネルギーデバイスとしてリチ ウムイオン二次電池（LIB）が注目されています。LIBの電極構 造と電池性能との相関関係を理解するためには，活物質，バイ ンダー，導電助剤から構成される複雑な構造を持つ電極に対し て適切な評価・分析手法の適用が重要となります。LIB関連材 料を対象とした分析手法は多種にわたりますが，本稿では特に 電子エネルギー損失分光法（EELS），X線吸収微細構造解析

（XAFS），X線光電子分光法（XPS）について紹介します。

2 LIB関連材料の評価技術

 LIBは多種の材料で構成されているため，前処理を含めた適切 な分析手法の選択，結果の評価が重要となります。形態観察，構 造解析，表面分析の観点からの評価手法を下記に示します。

3 分析事例

 標準的正極材であるコバルト酸リチウムの分析事例を紹介し ます（図1）。電極試料の前処理，観察を含めて不活性雰囲気下

（大気非暴露）で行います。

3.1 TEM-EELSによる分析

 ミクロな形態観察，構造解析に関してはTEM-EELSを利用し ます。LIB性能はリチウムイオンの移動度に大きく影響されま す。TEMの高い空間分解能を利用し，リチウムイオンの移動の障 壁となる活物質表面の局所的な構造解析，価数などの化学状態 解析をEELS分析にて実施しています。

3.2 XAFSによる分析

 X線を利用したXAFSでは着目した元素の価数，配位構造の評 価を実施しています。遷移金属を含む正極活物質の分析に有用 です。TEMと異なり真空でなくても分析が可能なため，充放電 しながらの構造変化の追跡などin-situ分析が可能なことも特徴 です。

3.3 XPSによる分析

 長期間の使用により生じる電極付着物，活物質の変質など極 表層における化学状態変化の分析を実施しています。

評価手法      得られる情報 形態

観察

透過電子顕微鏡（TEM）

走査電子顕微鏡（SEM）   構成材料の形状

構造 解析

電子エネルギー損失分光（TEM-EELS）

Ｘ線吸収微細構造解析（XAFS）

Ｘ線回折（XRD）

ラマン分光（RAMAN）

核磁気共鳴（NMR）

  構造解析・価数   結晶構造解析  Li 拡散

表面 分析

X 線光電子分光（XPS）

オージェ電子分光（AES）

飛行時間型二次イオン質量分析

（TOF-SIMS）

  組成解析   SEI^※分析

高橋 照央

（たかはし てるお）

筑波事業所

 当社では以上のような個々の評価手法の組み合わせにより，

電極材料に関するミクロ（粒子局所および表面）からマクロ（試 料全体）に至るまでの評価に取り組んでおります。

4 おわりに

 本稿では標準的なコバルト酸リチウムにおけるデータ取得の 例を示しましたが，実際の開発において生じる様々な課題に対し てはデータの取得だけでなく，知識，経験を生かしたサービスの 提供を行っております。さらに当社では既存の評価手法だけでな く，LIB材料の新しい評価手法開発にも積極的に取り組んでおり ます。今後も豊富な経験と知識を活かし，総合分析サービスの提 供を通して電池開発における問題解決に貢献いたします。 

リチウムイオン二次電池関連材料の最新評価技術

筑波事業所 高橋 照央

図1 LIB 関連材料の評価例

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表1 LIB 関連材料の評価例

※ SEI：Solid Electrolyte Interface の略

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Intensity / a.u.

900 800 700 600

Energy Loss / eV

O-K, Co-L

᭴ㅧ⸃ᨆ

⴫㕙ಽᨆ

2 μm

2 μm Co1

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

524 526 528 530 532 534 536 538 540 542

Counts / s

Binding Energy (eV)

Co䊙䉾䊏䊮䉫䋨AES䋩 O

᭴ㅧផቯ

Absorbance / a.u.

7850 7800 7750 7700

Energy / eV

Co-Co⚿ว ⚂2.5㷬 Co-O⚿ว ⚂1.5㷬

Li Co O

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EELS䉴䊕䉪䊃䊦

XAFS䉴䊕䉪䊃䊦