アノード材料
従来、アノード活物質(AAM)の主成分として天然グラファイト(NG)または合成グラファイト(SG)が用いられてきました。グラファイトの粒径と純度は、性能に影響を与える重要な特性です。通常、NG は採鉱後に必要な粒径に粉砕されます。一方、SG はコークスから生産され、高純度材料を提供できますが、大量のエネルギーを必要とします。
リチウムイオン電池(LIB)アノードの構造とケミストリは、一般的な電極のアーキテクチャに従います。電気自動車用のアノードは、グラファイトでコーティングされた銅箔が一般的です。代わりに、グラファイト-ケイ素のハイブリッドコーティングを行えば、エネルギー密度を高めることができます。また、銅めっきを施した金属やポリマーを使えば、アノード基板の低コスト化と軽量化を図れます。どのタイプでも、アノードの品質と性能を確保するうえで材料の純度がきわめて重要になります。
従来、アノード活物質(AAM)の主成分として天然グラファイト(NG)または合成グラファイト(SG)が用いられてきました。グラファイトの粒径と純度は、性能に影響を与える重要な特性です。通常、NG は採鉱後に必要な粒径に粉砕されます。一方、SG はコークスから生産され、高純度材料を提供できますが、大量のエネルギーを必要とします。
アノードの生産は、グラファイト、グラフェンなどの導電材料、スチレンブタジエンゴムやフッ化ポリビニリデンなどの結合剤、およびヒドロキシメチルセルロースナトリウムなどの分散剤から成るスラリーから始まります。このスラリーが銅箔などの集電体にコーティングされます。その後、集電体は真空下で乾燥され、セルの完全性や性能を損なう原因となる水分、不純物、残留油分や残留ガスが除去されます。このようにしてコーティングされた銅箔は、最終的なセルアセンブリに適したサイズに切断できます。
試験/処理要件 | 推奨される分析法/機器 |
材料として用いる化学物質の同定および純度の確認 | ICP-OES、ICP-MS、FTIR |
生産プロセス中の不純物のモニタリング | ICP-OES、ICP-MS、FTIR |
基材の混合 | ロータリポンプ、ルーツポンプ |
集電体のコーティング | ディフュージョンポンプ |
積層リチウムイオン電極の真空乾燥 | ドライスクロールポンプ |
一から始める必要はありません。アジレントでは、アノード材料として用いられるグラファイトおよびケイ素-グラファイトの不純物試験のための完全な標準操作手順書(SOP)をご用意しています(GB/T 24533-2019 のメソッドにもとづく)。この SOP は Word 形式で提供され、コピーしてお客様のテンプレートに貼り付ければ完成です。SOP のサンプルをこちらでご覧いただけます。
LIB アノードの生産時にポリマーに硫酸銅めっきを施すことにより、電池の軽量化とコスト削減を図れます。その際に不純物を混入させないようにすれば、電池の性能を確保できます。ただし、硫酸銅は高塩マトリックスであるため、不純物の定量が容易ではありません。
このアプリケーションノートでは、Agilent ICP-OES 機器を使用して、複雑な塩類マトリックスによるスペクトル干渉を防ぎながら硫酸銅中の不純物を確実に分析する、サンプル前処理とメソッド開発について取り上げます。
合成グラファイト(SG)と天然グラファイト(DG)は、リチウムイオン電池セルのアノードコーティングの原料です。グラファイト中の元素不純物は、電池の性能特性に悪影響をおよぼします。
このアプリケーションノートでは、Agilent 5110 ICP-OES を用いた、アノード活物質の生成に使用される粉末グラファイトの元素不純物分析アプローチについて詳しくご覧いただけます。
EV 消費者にとって走行距離不安症が障壁となっており、研究者は、LIB のエネルギー密度を向上させる必要性に迫られています。予備試験では、ケイ素-炭素アノードがグラファイトのみのアノードより高いエネルギー密度を示しました。
このビデオでは、バーティカルデュアルビュー(VDV)構成のAgilent 5800 ICP-OES を用いたケイ素-グラファイトアノード中の不純物の測定方法について説明します。サンプル前処理、メソッド開発、および分析について取り上げています。関連アプリケーションノートでもご確認いただけます。
グラファイト中の元素不純物をより深く理解するために必要な感度を Agilent 7850 ICP-MS は備えています。
Agilent 7850 ICP-MS を使用することで、中国 GB 規格のメソッドでは十分に評価できないグラファイトアノード中の元素不純物を同定し、定量することができます。その方法および結果をこのアプリケーションノートでご確認いただけます。ICP-OES メソッドの検出下限を下回る濃度の情報も得られます。
リチウムイオン電池のバリューチェーンのどの段階でも、存在する元素やその量を把握することが重要になります。鉱物の抽出、電池の製造に元素分析を活用すれば、規制項目に適合し、電池のリサイクルにも役立てることができます。
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