ニッケル系リチウムイオン電池正極材の大気中での劣化挙動解析

JFE技報 ONLINE ISSN 2185-4327 / PRINT ISSN 1348-0669

No.37 2016年2月 分析・解析特集号

ニッケル系リチウムイオン電池正極材の大気中での劣化挙動解析
Atmospheric Degradation Behavior Analysis of Nickel-Based Cathode Materials for Lithium-Ion Batteries

藤田 尚行 FUJITA Takayuki JFEミネラル 技術研究所 主任研究員(副課長)
後藤 国宏 GOTO Kunihiro JFEミネラル 機能素材事業部 開発営業部 主任部員(部長)
近内 秀文 KONNAI Hidefumi JFEミネラル 技術研究所 主任研究員(部長)

要旨

リチウムイオン電池に使用されるニッケル系正極材の開発の一環として,正極材の大気暴露による劣化挙動を解析した。大気暴露した正極材の示差熱天秤-質量同時分析(TG-MS)から,正極材には水と炭酸ガスが吸着して,正極材内部から溶出したリチウムイオンと数種類のリチウム化合物を形成することが分かった。また,蛍光法(FY)と全電子収量法(TEY)で測定したAl K吸収端のX線吸収端微細構造(XANES)から,大気暴露によって正極材の表層の構造の一部が立方晶配置へ変化することも明らかになった。これらの知見から,電池膨れや充放電容量の低下は,大気暴露によって正極材表面に生成するリチウム化合物と正極材表面そのものの構造変化が原因と結論した。

Abstract

The atmospheric degradation behavior of nickel based cathode materials for Li ion batteries has been analyzed. Thermogravimetric-mass spectrometry (TG-MS) revealed that air exposed cathode materials were adsorbed by water and carbon dioxide molecules and that these molecules formed several lithium compounds with lithium ions eluted from the cathode materials. Fluorescence yield (FY) and total electron yield (TEY) Al K edge X-ray absorption near edge structure (XANES) suggested that air exposure changed the surface of the cathode materials to cubic arrangement. It is concluded that the battery swelling and the charge/discharge capacity reduction are caused by lithium compounds formed on the air exposed cathode surface and the structural change of the cathode surface itself.

本文

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