TA インスツルメントバッテリーの製品試験・材料試験 (Batteries)

あなたの世界の原動力とは？

長い年月にわたって、バッテリーは、家電製品から救命用医療機器、さらには幼い頃に親しんだおもちゃにまで、私たちを取り巻く生活の原動力という役目を果たしてきました。今日では、バッテリーの用途は空前の増加を遂げ、私達の未来を支える持続的な原動力としての利用法を探索するための研究の急上昇に影響を与えています。

バッテリーが機能する仕組み

リチウムイオンバッテリーは、カソード、アノード、セパレーター、および電解質という、4つの主要構成要素で構成されています。稼働中のバッテリーの内部では、放電中、リチウムイオンがアノードからカソードへ流れます。再充電中、リチウムイオンは逆方向に流れます。個々のバッテリーセルは、限られた量だけのエネルギーを出力し、多くの場合、他のセルと結合されてバッテリーパックを構成します。個々のバッテリーパックも、他のバッテリーパックと結合されて、電気自動車、グリッドストレージなどの、より多量のエネルギーを必要とするエネルギー貯蔵用途向けのバッテリーモジュールを構成することができます。カソード、アノード、セパレーター、電解質などの構成材料は共に、バッテリーの6大性能特性すなわち、動作時間、安全性、サイクル寿命、出力、エネルギー密度、およびコスト、を定義する際に役立ちます。

仕組みについて詳しくは、レオインピーダンス分光バッテリー電極スラリーの最適化に役立ちます。

バッテリーの製作：適切な材料を選択する方法

バッテリーの各部分に最適な材料を選択して6大性能特性を最適化することの重要な側面は、高度な分析的特性評価に依存します。稼働中のバッテリーを構成する材料は-20℃～60℃の温度範囲内で機能しなければならないことから、熱耐性が材料選択における最重要パラメーターの一つとなっています。熱分析として知られている分析手法は、バッテリー材料の熱耐性と安定性の試験に理想的です。熱分析を用いることで、分解温度、化学組成、酸化の程度、溶媒の組成、融点、ガラス転移、熱安定性などの熱パラメーターを得ることができます。

熱分析を機械的試験と組み合わせると、ポリマーセパレーターなどにおけるポリマーの長さと形状の寸法安定性を理解することができます。熱および寸法に関するこの洞察により、セパレーターの破損を防止し、バッテリーの安全性を確保しやすくすることができます。

最後に、製造時の材料の組立では、固体粒子、バインダー、および溶媒から成るスラリーの取扱いが必要とされることがしばしばあります。この段階では、貯蔵、混合、コーティング、乾燥などの個々の製造工程で、レオロジーにより、バッテリースラリーに関する重要な洞察が得られます。レオロジープロファイル測定は、ばらつきのない、高品質の電極の製造につながる、均質で欠陥のないコーティングを、高いバッチ間再現性および低いスクラップ率と併せて実現する際の一助になり得ます。

目的が、より高性能のバッテリーをより小さいフットプリントで作り出すことであるか、より持続可能な材料を使用して新しいバッテリーを開発することであるかを問わず、バッテリーの主要構成要素に使用する材料の熱特性、レオロジー特性、熱量測定特性、および機械的特性を知ることが成功の鍵となります。Waters/TA Instrumentsは、より高性能でより安全なバッテリー技術を開発するために必要とされる最新鋭の分析的特性評価ツールを、先導のバッテリー研究者に提供しています。成功につながるお客様専用のワークフローの設計を開始するために、今すぐ当社までお問い合わせください。