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Liイオン電池の反応分布(Li濃度分布)解析

電極中で発生する充放電反応の偏りを、Li濃度の偏りとして解析することができます。
・グロー放電発光分析法(GD-OES)を用いて電極表面〜集電箔までのLi濃度を分析することができます。
・サンプリング方法の最適化により、これまでの方法では得られなかった充放電中の状態が解析できます。
・電池の内部構造や使用環境によって変化する反応分布が解析できます。

GD-OESによるハイレート充放電におけるLi濃度分布解析

分析試料:LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2(NMC)正極合材5C放電品(SOC100⇒75%)

NMC活物質はLi量に応じて電位差が生じ、充放電後に電解液を通じてLiイオンが移動(経時変化)してしまう。
⇒充放電中の状態を評価するためサンプリング方法最適化

電解液除去時間による電極中の深さ方向Li濃度分布の変化
電解液除去時間による電極中の深さ方向Li濃度分布の変化
電解液を短時間で除去することにより、表層と深部でLi量に差があることが評価できる。
電解液除去時間による電極中のLi濃度差の変化
電解液除去時間による電極中のLi濃度差の変化
充放電後に長時間電解液に浸漬すると、表層 - 深部の濃度差が均一になってしまう。
短時間で電解液除去することにより、充放電時のLi濃度分布が観察可能

反応分布の充放電レート依存性、電極密度依存性の調査

放電レートによる電極中の深さ方向Li濃度分布の変化
放電レートによる電極中の深さ方向Li濃度分布の変化
放電レート(左)および電極密度(右)による電極中のLi濃度差の変化
放電レート(左)および電極密度(右)による電極中のLi濃度差の変化

◆放電レートが高いほど、反応分布が大きい
◆電極密度が高いほど、反応分布が大きい

局所的に過剰に反応、その後の緩和を繰り返すことにより、特に電極表層での劣化促進が予測される
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