電池



 




電池


Battery


リチウムイオン電池の研究・開発におけるPhenom XL アルゴン対応卓上SEMの有効性
PDFファイル
アプリケーションの目次>電池

リチウムイオン電池の研究・開発における

Phenom XL アルゴン対応卓上SEMの有効性



モバイル機器から自動車等輸送機器まで、バッテリーは私たちの日常生活に欠かせないものです。 エネルギー効率の高い電気自動車の開発や、持続可能なエネルギーの導入など、地球への負荷を 減らす私たちの取り組みの中で、新しい革新的なバッテリー技術が不可欠です。


他の市販の電池技術と比較して、高いエネルギーおよび電力密度を備えたリチウムイオン電池は、 高効率のエネルギー貯蔵デバイスです。現在、リチウムイオン電池は、スマートフォンや電気自動車に電力を供給するバッテリーなど、ますます多くの用途で広く使用されています。


Challenge

しかし、注目すべきニュースとして、広く一般的に普及している製品のリチウムイオン電池が使用中に爆発し、大規模なリコールを引き起こすという事件がありました。また、スマートフォンのリチウムイオン電池が飛行中に火災を引き起こしたことを受け、航空業界全体が新たな安全規制を導入しました。電気自動車のバッテリーが発火したケースもあり、非常に消火が難しく、再発火しやすいことが判明しています。

近年の電池技術の進歩により、従来の電解質溶液を使用したリチウムイオン電池から、次世代電池として固体電解質を用いた全固体リチウムイオン電池が登場しました。全固体リチウムイオン電池は、次の2つの重要な問題の解決に役立つ可能性があります。

1. より高いエネルギー密度の提供
2. より安全な製品の提供

リチウムイオン電池材料の分析における鍵となる重要課題は、リチウムイオン電池材料が空気中で非常に反応しやすいことです。全固体リチウムイオン電池の研究開発では、サンプルの準備と分析中にサンプルが環境と反応しないように保護する必要があり、大気非暴露の測定環境が必要です。アルゴン雰囲気下での分析は、リチウムの酸素、窒素、水との反応を抑制し、事故の危険を防ぎます。



図1. 左: 卓上SEMをグローブボックス内に組み込んだワークフローの概略図
   右: アルゴンで満たされたグローブボックス内に設置したPhenom XL


Solution

Phenom XL アルゴン対応卓上SEMは、アルゴンで充填されたグローブボックス内にそのまま設置できる唯一の走査型電子顕微鏡で、空気に敏感なリチウムイオン電池サンプルの分析を行うことができます。

通常、サンプルをグローブボックスからSEMに移す際に、サンプルは水、酸素、および窒素にさらされることにより変化します。真空移送キットなどの既存の解決法は、高価で複雑であり、サンプルを十分に保護できません。グローブボックス内にSEMがあれば、サンプル準備とSEM分析を同じ環境内で行えるため、分析のワークフローを高速化できます。

リチウムはアルゴンとは反応しませんが、アルゴン環境での研究には依然としていくつかの課題があります。

走査型電子顕微鏡は、15,000ボルト(またはそれ以上)の高加速電圧を使用します。適切な予防措置を講じずにアルゴン環境で高電圧を使用すると、アルゴンの降伏電圧が低いため放電が発生する可能性があり、最終的にはSEM内の電子機器に損傷を与える可能性があります。Phenom XL アルゴン対応卓上SEMは、放電を回避するための特別な技術を採用し、空気に敏感なリチウムイオン電池サンプルを保護し、特性を評価するための環境を提供します。

Benefits

アルゴンを充填したグローブボックス内でPhenom XLアルゴン対応卓上SEMを使用すると、1つのグローブボックス内でサンプル前処理とSEM/EDX分析の両方を並行して実行できます。これにより、サンプル前処理、イメージング、分析のプロセスが高速化されるだけでなく、リチウムサンプルがアルゴン環境によって保護されることを意味します。したがって、サンプルを他の実験機器に移動する前にサンプルの観察をしたり、事前スクリーニングを実行したりできます。厚手の手袋を使用しても、サンプルホルダーの取り扱いは簡単です。さらに、長寿命のCeB6電子銃を採用しているため、中断することなく長期間使用できます。



従来のプロセスと Phenom XL アルゴン対応卓上SEMの比較
時間効率とサンプル保護で大きな差があります。




図2. リチウム金属の負極としての利点と課題


Example



図3. Phenom XLを用いて、アルゴンを充填したグローブボックス内で取得したリチウムデンドライトのSEM画像。








Phenom XL
卓上走査型電子顕微鏡

Phenom XL 製品紹介へ
Phenom XL アルゴン対応モデル 製品紹介へ

卓上走査型電子顕微鏡アプリケーションの目次へ




トップへ
戻る