近年各国の「クリーン排出」への追求は、新エネルギー自動車を急速に発展させ、これによってリチウムイオン電池の急速な発展を牽引した。2019年のノーベル化学賞は、リチウムイオン電池の研究に従事する3人の科学者、米国の科学者ジョン・グッドイナフ氏、英国系米国の科学者スタンリー・ホイティンガム氏、日本の科学者吉野彰氏に授与された。

現在の動力リチウムイオン電池には、円筒形、正方形、フレキシブルパックのいずれの電池であっても、構造組成は下図と類似しています。その中で、正極材料はコストにしても分析項目にしても、高い比重を占めている。

材料によっては、リチウムイオン電池をコバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、ニッケルコバルトマンガン（三元）型などに分けることができ、現在商品化されている動力リチウム電池は主にリン酸鉄リチウムと三元を主とする。

本シリーズは動力リチウム電池の正極、負極、セパレータ膜、電解液の検出及び電池セルの故障分析など5つの次元から島津の完全なソリューションと特色の応用を全面的に解析する。

正極材料の完全なソリューション

島津は多種の特徴付け及び試験設備を備え、正極材料企業及び電池企業が各種生産、品質制御及び研究開発の試験需要に対応するのを助けることができる。

特色ある応用

1、凝集体、異物の検出

正極材料は、リン酸鉄リチウムであれ、NCM、NCAなどの三元材料は、材料企業の生産過程または電池企業の使用過程において、集合体または外来の異物が避けられない。これらの異物の存在は、後続電池の性能、安全に潜在的に大きな危害を及ぼす可能性がある。異物の検出には様々な手段があるが、電子顕微鏡やX−Rayなどの他の方法でも、コストが高すぎて環境が変化しやすい生産現場にうまく適応できないという欠点がある。

島津在2019年に発売された新製品、動粒子画像分析システムiSpect DIA-10は、使用とメンテナンスのコストが低く、機器の感度が高く、操作が簡単で便利であると同時に、皮が丈夫であるなどの特徴を備えており、特に生産ラインで三元正極材料の凝集体、異物などの分析に適している。

2、元素含有量の検出及びその分布の特徴

電子プローブマイクロアナライザEPMAは有効な分析ツールとして、リチウムイオン電池の各種材料の研究開発、製造工程の品質管理、不良解析などに広く応用されている。島津の電子プローブ顕微分析器EPMA-8050 Gは高空間分解能、高感度及び高分解能などの特徴を備えており、特に超軽量質量数元素（4 Beまで低いことができる）に対して優れた検出能力を持っている。これらの突出した特徴は、多くの正極材料メーカーの認可を得ている。以下の例はEPMA-8050 Gを用いて正極断面活物質、接着剤、導電助剤及び電解質の分布を特性評価することである。

正極断面全体の要素面解析

（Al：集流体、Mn+O：活物質、F+P：電解質支持塩、C+F：接着剤、C：導電助剤）

正極断面増幅後の活物質の元素面解析

3、粒子状物質の圧力抵抗力と性能関係の評価

現在の正極材料は、リン酸鉄リチウムであれ、NCM/NCAなどの三元材料は、高温固相合成法が主流であり、より優れた性能を達成するために、一般的に正極材料は多孔質の構造を持っている。しかし、空隙率も制御する必要があり、そうしないと材料構造が緩みすぎて充放電サイクル中に崩壊しやすくなる。

島津*の微小圧縮試験機（MCT）単一粒子に対する抗圧及び反発能力学的性能の試験を行うことができる。また、この機器は抵抗測定モジュール及び温度制御システムを選択的に配置することができるため、粒子の力学的性能のほか、粒子の抵抗−圧縮率関係、温度−圧縮率関係などの豊富な情報を同時に得ることができる。BET、SEM、レーザー粒度計などの手段を結合することで、得られた正極材料粒子状物質により優れた性能と安定性を両立させることができる。