一般財団法人材料科学技術振興財団　MSTの製品・サービス一覧

リチウムイオン二次電池の電解液をGC/MSを用いることで、定性・定量を行うことが出来ます。以下の例では、有機系溶媒としてエチレンカーボネート（EC）やエチルメチルカーボネート（EMC）、添加剤としてビニレンカーボネート（VC）を同定したものです。また溶媒の組成比及び添加剤の含有量を求めることも可能です。なお、添加剤としては、このほかにフルオロエチレンカーボネート（FEC）、エチレンサルファイト（ES）等の評価も可能です。

リチウムイオン二次電池の特性、信頼性には材料が大きく関与しますが、その中でも電解液の影響が大きいと言われています。円筒型、ラミネート型等の各種形状の市販品も適当な方法で電解液を抽出することで、有機溶媒や添加剤を特定することができます。以下の事例は、角型電池から抽出したもので、有機系溶媒としてエチレンカーボネート（EC）、エチルメチルカーボネート（EMC）、ジエチルカーボネート（DEC）、添加剤としてフルオロエチレンカーボネート（FEC）が用いられていることを確認しました。

電池の主要構成材料であるセパレータは、この材料の多孔性・形状等が電池の特性・安全性を左右します。現在主流のポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、あるいはその複合材料等高分子系材料は軟化点が低くPEでは125℃程度、PPでは155℃程度となります。軟化点の低いPP製のセパレータ構造観察において、断面加工時に冷却を行って変質を抑えて評価した事例をご紹介します。

高分解能HAADF-STEM像は、結晶の原子配列を反映した画像であることから、種々の結晶方位に対応 したSTEM像をシミュレーションすることにより、多結晶体中の結晶粒間の相対方位や観察像の正確な理解に役立ちます。 本資料では、多結晶体であるネオジム磁石中の結晶粒について、EBSD法で得た結晶方位の情報から STEM像をシミュレーションし、実際の高分解能HAADF-STEM像と比較した事例を紹介します。

本資料では、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を紹介します。 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。本資料ではリチウムイオン電池電解液に対して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。

リチウムイオン二次電池の正極表面における成分の偏析や被膜の形成は、電気容量に影響する一因と なります。正極として用いられるLi（NiCoMn)O2（NCM）について、AESによる微小領域マッピングおよびXPS、TOF-SIMSによる有機成分（バインダー）や活物質表面被膜の定性分析を行った事例を紹介いたします。これらの手法では、測定までの一連の処理をAr雰囲気下で行い、試料の変質を抑えた分析が可能です。

リチウムイオン二次電池の正極として用いられるLi（NiCoMn)O2（NCM）では、Ni比率を高めることで高容量化が可能となり、高温保存性にも優れることから、車載用として量産されております。一方、NiイオンがLiサイトを占有するカチオンミキシングが二次電池の劣化の要因の一つであるとされております。正極活物質についてICP-MSによる金属含有量評価、XRDによる結晶構造評価を行い、その結果を用いて、リートベルト解析を行い、カチオンミキシングの割合を評価した事例を紹介いたします。

リチウムイオン電池の次世代電池である全固体電池は、高安全性・高エネルギー密度・高出力・広い作 動温度が期待されています。近年、実用化に向けた研究開発は盛んに行われている一方で、さまざまな 開発課題があります。MSTでは構造・組成・電気の総合分析評価を基に、開発課題の解決に適した評価 内容を提案いたします。本資料では全固体電池の開発課題の具体例とその評価内容、そして、各構成 部材の代表的な評価手法を紹介いたします。

リチウムイオン二次電池のバインダは活物質同士の結着剤としての役割の他、電解液に対する不溶性 も必要となります。その為、正極、負極、それぞれに適した材料選択が重要となります。 本資料では、各電極シートに用いられているバインダの成分について、正極バインダをTOF-SIMS、負 極バインダをGC/MSにて測定を行い、材料ライブラリーデータと照合することで材料を同定した事例を紹介いたします。

リチウムイオン二次電池の電解液には、電気伝導率の向上のため、比誘電率の高い溶媒と粘度の低い溶媒が組み合わされて用いられます。また、添加剤や電解質（支持塩）にはLiイオンの輸送のほか、電極表面に被膜を形成する機能があり、様々な性能が求められております。電解液そのものをICP-MSで、 電解液加熱時の揮発成分をGC/MSで、また、電解液の乾固物をTOF-SIMSで評価することにより、溶媒、電解質、添加剤など各種成分の定性・定量分析を行った事例を紹介いたします。

リチウムイオン二次電池のセパレータには、正極と負極間を隔離して内部短絡を防ぐ役割だけでなく、車載用電池では高温環境下でも強度の低下や溶解が起こらない耐熱性も必要とされます。本件では海外製車載用電池に用いられるセパレータについて、TG-DTAにより耐熱性、熱分解挙動を調べ、構造および組成についてSEM-EDX、FT-IR、XPS、TOF-SIMS、XRDを用いて評価した事例を紹介いたします。電池に用いられているセパレータが多孔性のポリエチレンと、耐熱性を目的とした多角形のAlO(OH)の積層構造であることがわかりました。

リチウムイオン二次電池の充放電特性には電子伝導率が寄与しております。劣化や導通パスの遮断に より導電性が低下した活物質について、SSRMによる抵抗値分布として可視化した事例を紹介いたしま す。SSRMにより得られた結果に対して、TOF-SIMSによるLiなどの元素分布と比較することで抵抗値と元素分布の相関の有無を確認すること、導電助剤やバインダーなどを抵抗値で分類し、統計的な処理 を行い、材料ごとの混合具合を数値化することも可能です。

リチウムイオン二次電池の正極として用いられるLi（NiCoMn)O2（NCM）について表面形状、断面構造、成分、組成、結晶構造、抵抗値分布を評価した事例を紹介いたします。MSTでは構造・組成・電気の総合評価を基に、特性改善や信頼性向上のための開発課題の解決に適した評価を提案いたします。

XPS/HAXPESによる新サービスを6月より開始しました！ 複雑化する材料や微細構造試料に対し、表面から材料内部（～30nm）までの組成・化学結合状態を、同一箇所・非破壊で評価できます。 ・着目の元素や分析対象領域・深さに応じてX線源（Al Kα/Mg Kα/Ga Kα/Cr Kα）を使い分け、適切な測定条件での評価を実現 ・大気非暴露測定、 Arモノマー/GCIBスパッタエッチング、加熱前処理の併用が可能 ・UPS/LEIPSによる半導体試料の電子状態評価（イオン化ポテンシャル/電子親和力/バンドギャップ）が可能