新しい電池技術の材料構造と化学の3D調査
電池材料の構造と化学組成を理解することは、サイクル過程における新しい電池化学物質の挙動と安定性を決定する上で極めて重要である。電極内の粒子分布、ボイド分布、リチウム分布、バインダー分布など、局所的な形態と化学状態との複雑な関係を把握することは、これらの先進的な電池材料の性能最適化と劣化耐性にとって不可欠です。
3次元FIB-SEMトモグラフィとToF-SIMS分析を組み合わせることで、新しい電池技術における材料組成の詳細な調査を行うことができます。この3Dアプローチは、従来のToF-SIMS深さ方向プロファイリングよりも正確な体積統計データを提供します。さらに、3D ToF-SIMSトモグラフィは、電池部品内の汚染物質、脆弱性、化学的不整合をピンポイントで特定するのに役立ちます。
電池技術における固体電解質界面の特性評価
新しい電池技術において、リチウムイオン電池の寿命と（脱）充電速度に影響を与える重要な要因は、固体電解質界面（SEI）の形成である。このナノメートルスケールの薄いパッシベーション層は、負極粒子が電解液と直接接触するのを防ぐため、腐食を防ぎ、（脱）インターカレーションプロセスにおけるリチウムイオンの迅速な移動を促進する。
ToF-SIMSをFIB-SEMシステムに組み込むことで、負極粒子表面の分布、均一性、化学組成など、SEIの特性を深く掘り下げることができる。この技術は、一般的にSEI中に存在するLi、C、O、Fのような軽元素を検出し、その深さ分布を調べることに特に優れています。
固体電池の劣化研究
固体電池は、リチウムイオン電池の欠点である可燃性、熱安定性の低さ、性能と強度の限界に代わる可能性を提供する一方で、劣化の影響を受けやすい。
FIB-SEMシステムは、電極-電解質電池構造全体の断面を作成するために不可欠です。これにより、クラックを特定し、固体電解質がイオンビームに敏感な場合は、極低温条件を適用して損傷を最小限に抑え、FIBミリングプロセス中の材料の再析出を低減することができます。
電極粒子
分解研究
リチウムイオン電池の寿命は、主に剥離、破砕、腐食による負極/正極粒子の劣化によって損なわれることが多い。この劣化は、リチウムが移動する際の機械的ストレスや化学反応によって引き起こされ、電池容量を著しく低下させます。
FIB-SEMシステムでは、電池電極表面の上と下の両方で粒子の劣化を特定することができます。FIB-SEMシステム内の集束イオンビームは、断面の作成を容易にし、SEM、ラマン分光法、ToF-SIMSケミカルマッピング、さらには3D ToF-SIMSトモグラフィを用いた体積での粒子劣化起源の包括的な研究を可能にします。
