電池材料開発に用いられる分析手法まとめ

近年のEVの増加に伴い、リチウムイオン電池が車載用のエネルギー源として広く利用され始めています。電池の性能向上や新しい材料の開発には、材料の特性や構造を正確に理解することが不可欠です。

電池材料開発にはさまざまな分析手法が用いられています。本稿では、電池材料開発における主要な分析手法を以下にまとめ、それぞれについて解説します。

電池材料開発に用いられる分析手法まとめ
結晶構造解析
1. XRD（X-ray Diffraction、X線回折）
形状解析
1. SEM（Scanning Electron Microscopy）
2. X線CT測定
組成解析
1. TOF-SIMS（Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry、飛行時間型2次イオン質量分析法）
2. ラマン分光（Raman spectroscopy）
まとめ

電池材料開発に用いられる分析手法まとめ

電池材料開発に用いられる手法は以下の通りです。

分類	対象	手法
結晶構造解析	結晶構造	XRD
形状解析	表面	SEM
三次元	X線CT測定
組成解析	表面	TOF-SIMS
内部	ラマン分光

実際の電池開発に用いられるものを挙げるとすれば、これらだけで十分とは言い切れませんが、上記はいずれも電池材料分析において主要な分析手法です。

以下、これら手法について詳しく解説します。

結晶構造解析

結晶構造解析は、電池材料の結晶構造や結晶性を解析するための手法です。

XRD（X-ray Diffraction、X線回折）

XRD（X-ray Diffraction）は、結晶構造解析に広く用いられ、結晶の格子パラメーターや結晶性を特定します。結晶性物質の結晶構造を解析するのに使用されます。X線が物質に照射された際に生じる回折パターンを測定し、物質の結晶構造や格子パラメーターを特定します。

新品のリチウムイオン電池は、リチウムイオンが電極に均等に広がる一方で、電池が劣化するとリチウムイオンうまく広がらなくなってしまいます。

XRDは、充放電中に電池電極中でリチウムイオンがきちんと広がっているかをチェックし、電池の劣化が起こっていないかを観察できます。XRDでリチウムイオンの分布を観察することで、電池がどれくらい古くなっているかを考察することができます。

電池材料におけるX線回折（XRD）とは何か？

XRDは、物質の結晶構造を解析するためのツールとして、電池開発でも重要な役割を果たしています。結晶構造は、物質が原子や分子が規則正しく並んだパターンで配置される際に形成される、美しい3次元の構造を指します。XRDが注目される理由の一つは、この結晶格子がX線を通じ...

形状解析

形状解析は、電池材料の表面形態や微細構造を調査する手法です。

SEM（Scanning Electron Microscopy）

SEM（Scanning Electron Microscopy）は、表面の形態解析に特に有用です。

高エネルギーの電子ビームをサンプル表面に照射し、その後に生じる電子の放出パターンを観察します。

走査電子顕微鏡（SEM）を使ってリチウムイオン電池の正極材料を観察することにより、電池内部の小さな粒子がどのような形や大きさをしているかが見えてきます。SEMを通じて、材料の細かな構造や粒子間のつながりを観察することができます。劣化の兆候を予測したり、不純物の確認もSEMで行う事になります。