カソード活性材料(CAM)

1. コバルト酸リチウム(LiCoO₂): エネルギー密度は高いがコストが高く、安全性が低い。
   
2. リン酸鉄リチウム(LiFePO₄): 低エネルギー密度だが安全性に優れ、サイクル寿命が長いため電気自動車に最適。
3. リチウムニッケルマンガン酸化コバルト(NMC): 高いエネルギー密度、安定性、およびコスト効率に優れたバランスの取れた特性により、電気自動車で広く使用されている。
4. リチウムニッケルコバルト酸化アルミニウム(NCA): より高いエネルギー密度を提供し、電気自動車のような高性能用途に適している。
5. リチウムマンガン酸化物(LiMn₂O₄): 安全で強力だが、低エネルギー密度で寿命が短く、特定の用途で使用されている。

カソード材料を合成する最も一般的な方法は、金属前駆体(通常は金属酸化物、炭酸塩、水酸化物)の共沈殿と固体合成です。この場合、金属前駆体を混合してLi前駆体と一緒に粉砕し、制御された雰囲気で高温(通常800～1000℃)で焼成して目的の結晶相を形成します。焼成された材料は、目的の粒子径に粉砕されます。プロセスを右の図に概略的に示します。

NCAやNMCなど、現在注目されているカソード材料は、遷移金属水酸化物前駆体の共沈殿と、それに続くリチウム化合物により焼成（リチウム化および酸化）によって生成されます。

当社の形態、構造、および元素に関する知見は、次のようなことに役立ちます。

• プロセスパラメータの最適化
• 一貫した品質の確保
• 生産コストの削減

当社は、合成パラメータをリアルタイムで監視/制御し、合成CAMの品質を最適化するために、粒子径と粒子形状、元素組成、結晶品質と欠陥に関する幅広い分析ソリューションを提供しています。さらに、当社のソリューションは使用した前駆体材料が目的の特性を有していることを確認するのに役立ちます。

カソード材料の品質と処理能力は、次のパラメータを測定/制御することで最適化できます。

• 粒子径および粒子形状
• 結晶相および結晶欠陥(陽イオン混合、結晶子径、グラファイト化度)
• 元素組成および不純物(Ni、Co、Mn)

お客様が独自の活性材料を生産するか、サプライヤから購入するかにかかわらず、粒子径および粒子形状は、電池性能のためだけでなく、中断のない高収率生産プロセスを実現するためにも決定的なパラメータです。 

粒子径および粒子形状は、前駆体物質の生産収率、電極スラリーのレオロジー、電極被膜の充填密度/多孔度を決定し、最終的には電池の性能を左右します。 

これらの測定では、レーザ回折法と自動光学画像処理法を組み合わせるのが最も良い方法です。

Mastersizer 3000

信頼できる成果を得るために必要なデータを提供

レーザ回折式粒子径分布測定装置のMastersizerシリーズは、迅速で正確な粒子径分布を提供することを標準としています。広い粒子径範囲とクラス最高の精度を備えたMastersizer 3000+は、CAM粒子径測定に必要なツールです。サンプルに想定外の結果が測定された場合、詳細な調査のためのデータガイダンスツールが用意されています。 

Mastersizerに、柔軟性、使いやすさ、ダイナミックイメージング用Hydro Insightアクセサリを組み込むことで、粒子径測定やそれ以上の用途に最高の選択肢となります。

結晶相の品質も、固有のエネルギー、放電率、容量のような電池材料の性能を左右する重要なパラメータの1つです。 

カソード活性材料では、カチオン混合と結晶子径が重要なパラメータです。結晶の大きさから、シリコンベースのアノードのようなナノ結晶の活性材料の粒子径についてのアイデアを得ることができます。 

単結晶カソード材料に取り組んでいる場合は、結晶の大きさの測定がさらに重要になります。

Aeris

未来はコンパクトに

Aeris XRDでは、アノード材料とカソード材料をわずか数分で分析し、結晶の大きさ、カチオン混合、グラファイト化度、配向性指数などの品質パラメータを提供します。 

産業用の堅牢性と安全性を備えたコンパクトなプラグ&プレイXRDシステム。さらに、ベルトやロボットの自動化により、プロセスに簡単に統合できます。

カソード活性材料とその前駆体の元素組成が正しいことも同様に重要です。カソード材料とアノード材料両方のドーパント濃度と不純物濃度も重要です。 

ICPは元素組成を測定する一般的な方法ですが、高価で時間がかかり、有害な化学物質が含まれます。蛍光X線(XRF)では、これらの物質の多くを比較的容易に分析できます。

Revontium

コンパクトで高機能、強力な分析、無限の可能性

Revontiumはコンパクトな蛍光X線(XRF)分析装置で、コンパクトな卓上形式で高品質の元素分析を可能にします。床置き型XRFの性能と卓上型装置の汎用性を兼備しています。

コンパクトXRFは、物理的な接地面積を小さくし、環境負荷を低減します。必要な消耗品、広範なサンプル調製、およびメンテナンスを削減し、所有コストを25%以上軽減します。

📚 ブログを読む: XRF校正がNMCバッテリー生産の向上にどのように役立つのか