解析（故障／良品）・観察・分析

リチウムイオン二次電池解析：リチウムイオン二次電池の信頼性に関連する評価

リチウムイオン二次電池解析リチウムイオン二次電池の信頼性に関連する評価

リチウムイオン二次電池は、産業用途から車載、ポータブル機器やウェアラブル端末にいたるまで、私たちの生活における様々な用途で使用されています。車載においてはEVやハイブリッドカーの普及、またポータブル機器・ウェアラブル端末においてはスマートフォンやそれに付随するBluetooth機器の普及拡大が加速しています。ただし、これまでの二次電池と比較して高性能で他用途に適用可能なリチウムイオン二次電池ですが、市場では発熱・発火事故の発生が報告されています。近年事故が多発しているモバイルバッテリーについては、経済産業省より電気用品安全法で規制対象にもなっています。
OKIエンジニアリングでは、このように重大な事故に繋がりかねないリチウムイオン二次電池の信頼性に関連する試験・評価・解析をご提案いたします。

リチウムイオン電池の放電充電の仕組み

リチウムイオン電池は、正極にリチウム金属酸化物、負極にグラファイト等の炭素材、電解液に非水溶液系有機電解質が使われます。負極から正極にリチウムイオンが移動することで放電され、外部回路に電流が流れます。また、電源をつなぐと、正極から負極にリチウムイオンが移動することで充電されます。

リチウムイオン電池の放電充電の仕組み

リチウムイオン二次電池解析試験項目

化学分析

元素組成分析
- 電極・電解液界面の組成分析
- バインダーの組成分析
- セパレーターの組成分析
元素組成比
- 電極の組成比
熱特性
- セパレーターの熱特性
正極の溶出
バインダーの分子量分布調査
不純物定量
二次電池ガス分析

解析

形態観察
非破壊解析
- X線CT解析
電極の断面構造解析（破壊検査）
分解内部解析
- 内部形態観察
- バインダーの分布観察
- バインダーの形態変化
- セパレーターの形態観察
- 正極材の結晶構造評価
- 正極活物質の構造調査
- 元素組成比

電気特性確認試験

充放電特性
長期サイクル特性
外部短絡試験
過充電試験
過放電試験

耐環境性試験

オゾン雰囲気暴露試験
温湿度環境試験
ガス腐食試験
釘刺し試験（2023年2月サービス開始）
圧壊試験（2023年2月サービス開始）

非破壊解析

マイクロフォーカスX線CTによるリチウムイオン二次電池の非破壊解析事例

マイクロフォーカスX線CT（以下、X線CT）による非破壊での内部構造調査により、劣化状態の把握や原因の解析を行います。ハイパワーX線源と、高分解能、高階調検出器を搭載した高機能X線CTにより、様々な角度から非破壊で構造情報を取得した事例を紹介します。

解析対象リチウムイオン二次電池

リチウムイオン二次電池の故障解析、良品解析、構造解析
高機能な解析ソフトウェアによる、電極間距離、寸法、曲率などの解析

X線CT断面像

充放電特性不良品の解析事例

充放電特性不良のリチウムイオン二次電池について、X線CTによる解析を行いました。リチウムイオン二次電池の構造は、一般にAl正極箔とCu負極箔が使用されています。MPR像の断面拡大観察により、Cu負極箔の巻き乱れが確認されました。また、正極グラファイト層の多層積層間に異物が確認されました。分解・観察では確認が困難な、充放電不良の要因となりうる混入異物を、X線CTにより非破壊で検出することができました。