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リチウムイオン電池は、携帯機器やコンピュータから自動車まで幅広い用途に使用されています。この技術をより広く普及させるために、リチウムイオン電池の性能と安全性の向上が常に求められています。

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リチウムイオン電池の設計と性能を向上させるためには、材料の微細構造を理解することが重要です。この場合、リチウムがどこにあるのか、そして電池の寿命の間に構造がどのように変化する可能性があるのかを理解することが特に重要です。

リチウムイオン電池で使用される材料の多くは、EDSまたはEBSDを使用して分析されており、Liの存在はLi K X線を検出するか、またはLiの存在を示す結晶構造の変化を測定することによって示されています。

リチウムは、グラファイトアノードに使用される材料や、電解質として使用される多くの新材料から検出されています。正極材料については、Liイオンのイオン状態により、これまでのところ、リチウムからのX線は検出されていません。

軽元素検出

Liを含む化合物の多くから、Extreme EDS検出器を用いてリチウムX線が検出されています(1)。

例えば、LiH、LiF、Li3N、Li2S、LiClなど様々な材料

Ultim Extremeは、低エネルギーEDSにおいて究極の性能を発揮するように最適化されたEDS検出器です。ウィンドウレス設計で低エネルギー感度を最大化したこの検出器は、軽元素の検出に優れた性能を提供します。

固体電解質

リチウムイオン電池の安全性と性能を向上させるために、固体電解質が使用されています。これらの電解質は、一般的に化学的に異なる複数の相を含んでおり、設計を改善するためには、相を識別できることが重要です。

この例では、EDSを使用してガーネット中の相の化学分析を行い、相を特定しています。

LiNiO正極材料

Extreme検出器を用いたリチウムの検出はイオン状態のためできません。しかし、他の元素からは非常に良い信号を得ることができます。

このマップでは、LiNiOのグレイン上にあるフッ素の殻を検出することができます。これは、正極の加工時の残留物であり、これらの層を理解することで、電池の性能を理解することができます。

References:

  1. Multiscale Phase Mapping of LiFePO4 based Electrodes by Transmission Electron Microscopy and Electron Forward Scattering Diffraction by Donatien Robert
  2. Can we detect Li K X-Ray in Lithium Compounds Using Energy Dispersive Spectroscopy? P. Hovington, et al, Scanning, 38 2016, p571
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