アプリケーション（技術資料）

リチウムイオン電池には水が含まれていてはいけません。なぜなら水がLiPF6などの導電性塩と反応してフッ化水素酸を生成してしまうからです。 リチウムイオン電池に使用される材料のなかには、電量法カールフィッシャー水分計で含水量が正確に、高い信頼性で測定できるものがあります。 このアプリケーションでは、以下の材料の測定を取り上げます︓ １）リチウムイオン電池の原材料（電解質用溶媒、カーボンブラック/グラファイト等） ２）アノードとカソードの電極コーティング剤（スラリー） ３）アノードおよびカソードの被膜とセパレーター膜ならびに複合材料 ４）リチウムイオン電池の電解質

ニッケル水素電池パックの高電圧充放電特性を、ポテンショスタットAutolab PGSTAT302Nと電圧マルチプライヤの組み合わせで評価する手法を解説します。測定上限10 Vを超える電圧を最大±30 Vまで拡張し、直列接続したパックでの定電流・定電位充放電測定や電気化学インピーダンス分光法への適用例を紹介します。

この技術資料では、Autolab PGSTAT302NとBOOSTER20A、NOVAソフトウェアを用いたリチウムイオン電池の定電流充放電を解説します。公称容量2.6 Ahの電池を0.1C〜2Cのレートで充放電し、電位プロットと容量の算出結果から、レートによる電位プラトーや取り出せる容量の違いを紹介します。

本アプリケーションノートでは、リチウムイオン電池の反応速度、開回路電圧（OCV）、および拡散挙動を評価するための重要な手法である GITT について、制御および解析を効率化する INTELLO を用いて概説しています。

リチウムイオン電池 (Li-ion電池) の充電と放電中、リチウムイオンは一方の電極から電解質を通って他方の電極へと輸送されます。電極材料の化学拡散係数を知ることは非常に重要です。ポテンシオスタット間欠滴定法（PITT）は、電極活性材料の拡散係数に関する洞察を得るために最もよく使用される技術の一つです。

この技術資料では、電気化学インピーダンス分光(EIS)のスタッキング法を用いたリチウムイオン電池セパレータのマクミラン数測定を紹介します。積層枚数を変えて求めたイオン抵抗の傾きから算出する手法を、Autolab PGSTAT204とTSC Battery Standardセルによる測定構成を含めて解説します。

TSC SW closed および TSC バッテリーセルは、充電式バッテリーに使われる材料のような空気や湿気に敏感な材料の測定のために開発されたコンパクトなシステムです。これらのセルは、平面配列のメタル電極と接触する、固形物およびゲル状物質の温度管理された測定のために、よく管理された環境を提供します。たとえば、電池活物質、イオン導電性固体状電解質、およびバッテリーセパレータは、これらのセルを用いてテストすることができます。この実験では、セルの効果を理解するために、もしあれば、測定にて、100 Ωの標準抵抗が両方のセルにて用いられます。

電気化学インピーダンス分光(EIS)で市販のコイン型リチウムイオン電池を測定し、4端子接続と2端子接続のインピーダンスの違いを紹介します。PGSTAT204とFRA32Mモジュールを用いた測定結果に加え、センス線と電流線を分離するDuoCoin Cell Holderの特長や、低インピーダンスの試料で4端子接続が重要となる理由も解説します。

このApplication Noteでは、定電流パルス分極メソッドに基づいた、民生用液体二元リチウムイオンバッテリー内部液の二元拡散係数の測定方法について紹介しています。

このApplication Noteでは、典型的な有機電池電解質と接触した平板GC電極に形成された固体電解質界面のモデルの構造を研究するためのEISおよびCV実験からの、実験詳細および最も重要な発見をご紹介します。

この Application Note では、電気化学インピーダンス分光法 (EIS) に基づく、市販リチウムイオン電池正極材料の既知の多孔性と膜厚による厚み方向トーチオシティ τ の測定法をご紹介します。

この Application Note では、超低周波電気化学インピーダンス分光法 (VLF-EIS) に基づいた、市販液体バイナリリチウムイオン電池電解質のリチウムイオン輸率の測定法をご紹介します。

リチウムイオン電池の正極と負極を、電気化学インピーダンス分光法(EIS)で同時に測定する手法を紹介します。従来は電極ごとに順次行っていた測定を、VIONICのSecond Sense(S2)機能で一度に行う三電極セルでの測定例と、ナイキスト・ボーデプロットによる比較、NOVA 2での等価回路フィッティングを解説します。

この技術資料では、電池研究の基本である充放電サイクル試験を、定電流定電圧(CCCV)充電を中心に紹介します。INTELLOでのサイクル手順の構築方法に加え、市販のコイン形リチウムイオン電池の測定例をもとに、クーロン効率や容量維持率などのプロットから、電池内部の化学反応や劣化メカニズムを解説します。

この技術資料では、微分容量解析（DCA）と電池性能向上への応用について解説しています。この実験では、メトロームの電気化学測定装置 INTELLOを使用しています。

電気化学インピーダンス分光法(EIS)を用いて、充電状態(SOC)の変化に伴う電池内部抵抗の挙動を非破壊で把握する方法を紹介します。具体的には、VIONICとINTELLOを用いたコイン形リチウムイオン電池のSOC別測定や、NOVAによる等価回路解析、放電に伴うカソード側の電荷移動抵抗の上昇について解説します。

ターフェル解析は、反応速度論を理解するために用いられる重要な電気化学的手法です。ターフェル勾配を研究することで、電極反応における反応速度を律速する要因が明らかになり、腐食や燃料電池の研究などの分野に役立ちます。この手法は、産業界がプロセスを最適化し、より高い効率を得るために材料や条件を調整することによってデバイスの性能を向上させるのに役立ちます。 腐食に関しては、ターフェル解析により、様々な環境における各種金属の腐食速度とそのメカニズムに関する洞察を得ることができます。ターフェル勾配を調べることにより、研究者は分極抵抗と腐食速度だけでなく、腐食電流と腐食電位を測定することができ、材料が周囲環境とどのように相互作用するかを明らかにすることができます。構造物の寿命を延ばし、厳しい環境における金属部品の完全性を確保するために、この測定・解析は腐食を軽減させるための適切なコーティング剤、抑制剤、材料を選択する際に役立ちます。 この技術資料（アプリケーションノート）では、人工海水中のアルミニウムを例にINTELLOソフトウェアを用いたターフェル解析について説明します。

ヘキサフルオロリン酸リチウム（LiPF6）は、再充電可能なバッテリーにおいて電解質として使用されています。特に非極性溶媒中での高い溶解性と配位性ではない特性により、ヘキサフルオロリン酸リチウムはリチウムイオン電池に最適な塩です。この技術資料では、連続サプレッション後に電気伝導度検出器を備えたイオンクロマトグラフによるLiPF6中の微量陽イオンの測定について紹介しています。

このApplication Noteでは、二方向に接続された商業用バッテリーの試験のために電気化学インピーダンス分光法 (EIS) が用いられています。最初の EIS 測定では、バッテリーは二端子測定のコンフィグレーションに接続されています。2つ目の EIS 測定では、バッテリーは四端子測定 (ケルビン接続) のコンフィグレーションに接続されています。リード線の接続方法の違いにより、バッテリーに対して測定されたインピーダンス値が異なるという結果が生じます。

TSC SW Closed および TSC Battery セルは、バッテリーに使われる材料のような空気や湿気に敏感な材料の測定のために開発されたコンパクトなシステムです。この文書では、2種のテスト手順について説明されています。1つ目の手順は停電に定電位サイクリックボルタンメトリー (CV) によるものであり、2つ目は電気化学的インピーダンス分光法 (EIS) によるものです。

燃料電池やバッテリーなどといったローインピーダンス装置が負荷と接続する経路は、その性能に影響を与えます。この技術資料では、市販のリチウムイオン電池における EIS の結果の比較を掲載しています。バッテリーがポテンショスタットと接続する経路を変えながら、様々な EIS 測定を実施しています。

プロトン伝導性の材料で出来た皮膜のプロトン伝導度は、測定すべき重要な数量です。このApplication Noteでは、今までにない乾燥状態の固体プロトン導電体のためのインピーダンス分光法によって測定されたσDC(T)の模範的な研究結果をご紹介します。

このApplication Noteでは、電気化学電池における様々な接続のタイプや装置のセッティングなど、EISを実施するための準備について説明されています。

電気化学インピーダンス分光法(EIS)のデータ解析に用いる等価回路モデルの基本要素を紹介します。抵抗、キャパシタ、インダクタ、定位相素子(CPE)、ワールブルグ要素などの特性を、電気化学現象との対応やナイキストプロット、ボード線図とともに整理し、CPEの値から有効容量を求める方法についても解説します。

この技術資料では、電気化学インピーダンス分光法(EIS)のデータ解析に用いる等価回路モデルを解説します。直列RCやRCL、ランドルス回路、ワールブルグ要素を含むモデルや電池向けの回路などの代表例とナイキスト線図を紹介し、定位相要素(CPE)の扱いや、物理的に妥当な回路を選ぶ考え方についても解説します。

等価回路モデルに関するApplication Note AN-EIS-004では、等価回路モデルの構築に用いられる様々な回路素子の概要が示されています。分析中のシステムに適したモデルが確認された後、データ分析における次のステップはモデルパラメータの推定です。これは、モデルのデータへの非線形回帰によって行われます。多くのインピーダンスシステムは、データフィッティングプログラムを伴います。このApplication Noteでは、データをフィットさせるのにNOVAを用いた方法が紹介されています。

このApplication Noteでは、電気化学インピーダンス測定中の個々の周波数のための生のタイムドメインデータの記録の長所について説明されています。

電気化学インピーダンス分光法 (EIS) は、電極内部液インターフェースにおいて生じるプロセスに関する情報を提供する強力な技術です。EISによって集められたデータは、適正な電気等価回路でモデル化されます。当てはめ手順により、数学関数が実験データの一定の差の内に収まるまで、パラメータの値が変更されます。このApplication Noteでは、許容できる初期パラメータを獲得し、正確な当てはめを実施するためのいくつかの提案が述べられています。

高電流で動作する燃料電池において、PGSTATと電子負荷装置を組み合わせて電気化学インピーダンス分光法（EIS）を行う手法について説明します。

電気化学ラマン（EC-Raman）分光法は、物理化学的な変化を追跡することにより、エネルギー貯蔵装置の理解を向上させます。この技術資料では、ニッケル水素（NiMH）バッテリーの充電および放電シミュレーション中のEC-ラマンの測定結果を解説しています。

Determination of hexafluorophosphate in an ionic liquid BMIHFP (1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, >97%) using anion chromatography with conductivity detection after chemical suppression.

リチウムイオン（Li-ion）電池の電解質品質は、性能、安定性、安全性の観点から重要です。イオンクロマトグラフィは、電解質分析のための正確な手法です。

硝酸リチウムは吸湿性の物質であるため、合成やその他の用途に使用する前に純度の検証が必要です。純度は全自動滴定システムを使用して簡単に測定できます。この分析は、エタノール溶液中でのリチウムとフッ化物の沈殿滴定によって行われます。滴定の利点は、ICP-MS などの他の技術のように、硝酸リチウムをエタノールに溶解した後に希釈する必要がないことです。

ニッケル、コバルト、マンガン酸化物の混合物である、いわゆる「NCM」は、酸化コバルトなどの従来の化合物に代わる正極材料として注目を集めています。焼結後の材料やリサイクル電池の品質分析は滴定で可能です。この技術資料ではOMNIS とオプションのピペッティングを組み合わせたシステムによる完全自動滴定システムでの測定例を紹介しています。

リチウムイオン電池の正極材に不可欠な導電性カーボンブラックの品質管理に重要なpH値を、正確かつ確実に測定する手法を解説します。複合pH電極を装備した913 pHメーターを用い、ASTM D1512、ISO 787-9、GB/T 1717に準拠してカソードスラリーのpHを高精度に測定する方法を、電極の洗浄性とあわせて紹介します。

この技術資料では、電位差滴定を用いて、リチウムイオン電池のカソード材料である炭酸リチウム中の炭酸塩含有量を測定する分析手法を紹介します。ISO 10662ドラフト規格に準拠し、OMNIS Advanced TitratorとOMNIS Sample Robotによる自動化分析条件、高い再現性での測定結果について解説します。

リチウム鉄リン酸塩（LiFePO4）電池は、安全性と耐久性をユーザーに提供します。ポーラログラフィー法による化学形態解析は、正極材料中のFe(II)およびFe(III)の評価を可能にし、さまざまな試験に役立ちます。

1991年のリチウムイオン電池の商品化は、それに先立つ数十余年間において、世界中の科学者や技術者の統率のもとで行われた徹底的な研究開発 (R&D) の集大成です。リチウムイオン電池やその他の充電式バッテリーの更なる開発は、今日もなお続けられています。グリーンテクノロジーによって定義付けられた新時代に向かって世界が急進する中、特に自動車業界から来るエネルギー貯蔵システムへの需要の増大を満たすため、より実用的的で精確なR&Dが求められています。このホワイトペーパーは、リチウムイオン電池技術の基本を紹介し、読者にリチウムイオン電池研究に関連する技術と専門用語について説明するものです。