2차전지 분석 솔루션

최근 음극 재료로 실리콘이나 금속 산화물이 검토되고 있습니다. 실리콘계 음극재료는 기존 탄소계 음극재료보다 이론 용량이 크기 때문에, 리튬 이온 전지의 고용량화를 기대할 수 있는 반면, 충방전에 따른 체적 팽창이 일어나기 쉽고, 탄소계 음극재료에 비해서 자체 열화가 빠르다는 과제가 있습니다. 
물리적 특성 정량평가의 한 예로 압축시험으로 변형강도^*를 측정한 사례를 소개합니다.

* 변형강도

JIS Z 8844(미소입자의 파괴강도 및 변형강도 측정방법)에서 정의된 강도입니다.

분리막은 리튬 이온이 양극•음극 상이에서 원활하게 이동할 수 있는 전도성을 확보하면서, 양극과 음극이 직접 접촉하는 것을 막는 절연 역할을 하고 있습니다. 특히 충전 시에는 온도가 높아지기 때문에, 고온에서의 기계적 강도는 안전 면에서 꼭 필요한 특성입니다. 
분리막 관통시시험과 인장시험의 강도가 온도 변화에 따라서 어떻게 변화하는지를 측정한 예를 소개합니다.

전고체 리튬 이온 전지의 실용화를 위한 과제의 하나가 전극-고체 전해질에 있어서의 계면 저항을 줄이는 것입니다. 계면 저항이 크면 계면에서의 리튬 이온의 이동도가 나빠져 용량이나 출력이 저하되고, 고속 충방전을 할 수 없습니다. 여기에서는, 충전한 전 고체 리튬 이온 전지의 음극-전해질 계면의 표면 전위를 대기 비폭로 환경에서 측정하여, 음극 활물질의 충전 상태를 평가한 사례를 소개합니다.

X선 CT 장치는 비파괴로 내부 구조를 관찰할 수 있어 리튬 이온 전지의 불량 해석, 양품/불량품 비교, 충방전 전후의 비교, 사이클 시험에서의 내부 구조 관찰에 사용되는 등 전지 완성품을 대상으로 다양하게 이용되고 있습니다. 부품과 재료 등의 미소부 3차원 구조 해석에도 사용되고 있습니다. 
마이크로 포커스 X선 CT 시스템을 이용해서 리튬 이온 전지의 전극을 촬영한 예를 소개합니다.

리튬 이온 전지의 고용량화, 장수명화, 안정성 향상을 위해서는 리튬 이온 이동에 따른 양극의 화학상태(가수변화)를 정확히 평가하는 것이 중요합니다.
Xspecial는 형식가수가 다른 Mn, Co, Ni의 각 화합물을 측정하고, 각각의 화학상태의 차이를 정도 높게 평가할 수 있습니다.

리튬 이온 전지의 열화 평가에는 내부에서 발생된 가스 분석이 필요합니다. BID 검출기를 탑재한 고감도 가스 크로마토 그래프 시스템을 이용해서 전지 내부의 발생 가스를 한 번에 분석한 사례를 소개합니다.
이 시스템은 수소를 포함한 무기 가스류와 C3까지의 저급 탄화수소류를 한 번에 분석할 수 있어서, 캐리어 가스 전환 및 여러 장치가 필요 없으며, 보다 간단하고 빠르게 측정할 수 있습니다.

리튬 이온 전지용 전해액에 사용되는 LiPF6은, 전해액 안에 함유된 미량의 수분에 의해 가수분해 됩니다. 이 분해로 생성된 불화물 이온은 전지 성능에 영향을 주기 때문에, 품질관리 공정에 있어 분해물의 분석이 중요합니다.
컬럼 스위칭 이온 크로마토그래프를 구축하고, 신품 시료와 가속 열화 시험을 실시한 시료를 준비하여  비교분석한 사례를 소개합니다.

전지 구성요소의 핸들링이나 캐릭터리제이션(Characterization)은 수증기나 산소의 영향을 받지 않은 분위기에서 실시하는 것이 좋다고 여겨지고 있습니다. 
콤팩트한 FTIR IRSpirit는 글로브박스 안에 설치할 수 있으며, 저노점(低露点)•저산소 농도의 고순도 아르곤 분위기 상태에서 전지 구성 요소의 평가를 가능하게 합니다.

도전을 도와주는 재료로 이용되는 카본 블랙의 입자 크기나 분포 / 응집 평가는 중요합니다. 레이저 회설식 입도분포 측정장치 SALD-2300은 고감도 산란광 측정을 실현하여, 분산 처리 후의 1차 입자로 부터의 약한 산란광도 신뢰성 높은 측정을 할 수 있습니다. 고농도 샘플 유닛을 이용하면 활물질이나 도전을 도와주는 재료 뿐만 아니라, 고농도 슬러리도 최소한의 희석으로 측정할 수 있습니다.

양극재의 분말 재료 안에 있는 큰 입자를 검출하여 리튬 이온 전지의 성능 및 안전성 저하를 방지할 수 있습니다.
다이나믹 입자 이미지 분석 시스템 iSpect DIA-10은 큰 입자를 검출하고 입자 형상을 이미지로 확인할 수 있습니다.