全固体電池に関する試験評価、構造解析の進め方

第1部 低露点環境下での硫化物系全固体電池の試作評価及び特性解析技術

(2025年5月15日 9:50〜10:40)

　環境規制の強化やカーボンニュートラル達成のために開発が盛んに行われている硫化物系全固体電池について、 内部抵抗解析やIn-situ観察の実例を紹介すると共に、コベルコ科研の全固体電池の評価・解析技術について解説する。

1. 全固体電池開発の課題
   1. 全固体電池とは
   2. 全固体電池の開発の課題
2. 低露点環境下での硫化物系全固体池の試作や分析・評価
   1. 全固体電池の試作・評価における環境制御の重要性
   2. 低露点環境下での全固体電池の試作事例
   3. 低露点環境下での全固体電池材料の評価事例
      • 解析事例1: 電極合材中のリチウムイオン伝導、電子伝導の解析
      • 解析事例2: リチウム析出挙動の可視化
3. コベルコ科研における全固体電池評価技術
   1. 電極構造・プロセスの最適化へのソリューション
   2. 電池特性制御・管理の最適化へのソリューション
   3. 全固体電池の安全性向上へのソリューション
• 質疑応答

第2部 X線光電子分光法を用いた全固体電池の固/固界面・表面解析の可能性について

(2025年5月15日 10:50〜11:40)

　X線光電子分光法 (X-ray Photoelectrons Spectroscopy:XPS) は、材料表面分析手法の一つである。材料表面数nmの定性、定量分析だけでなく、化学結合状状態分析が可能で、材料表面の特性を評価するのに有用な手法である。 　本講演では、まず、XPSの原理およびスペクトルから得られる基本的な情報、得られたスペクトルの解析法を紹介する。次に、より正確な解析を行うための測定条件やサンプルプレパレーションの工夫に触れ、最後に全固体電池の固/固界面解析事例および可能性について解説する。

1. X線光電子分光法 (XPS)
   1. XPSの原理
   2. 定性・定量分析、化学状態分析
   3. ピークフィッテイング
2. XPSを用いた材料評価
   1. 粉末、薄膜など試料の形態と試料調整法、測定法
   2. 材料によって異なるXPS測定の測定手法
      • 金属
      • 無機
      • 高分子など
   3. 絶縁性および導電性混合試料の測定手法
   4. より正確な情報を得るために
      • 試料の取り扱い方
      • サンプリング法
3. 電池材料への応用
   1. 全固体電池における固/固界面の解析におけるXPSを用いた測定事例
   2. X線吸収分析法 (XANES) を用いた分析を併用した解析
   3. 全固体電池の固/固界面解析の可能性
• 質疑応答

第3部 電気化学インピーダンス法による全固体電池の分極要因解析

(2025年5月15日 11:50〜12:40)

1. 電気化学インピーダンス
   1. 複素インピーダンス
   2. 電気化学インピーダンス応答
2. 全固体電池固有の電気化学インピーダンス
   1. 固体電解質の電気化学インピーダンス
   2. 電極|電解質界面の電気化学インピーダンス
3. 複素インピーダンスによる全固体電池の解析
   1. 経験的手法
   2. 緩和時間分布解析法 (DRT法)
4. 電気化学インピーダンス測定上の注意
   1. 固体電解質の電気化学インピーダンス測定
   2. 全固体電池の電気化学インピーダンス測定
• 質疑応答

第4部 放射光高度計測を用いた全固体電池における反応のオペランド解析

(2025年5月15日 13:20〜14:10)

　透過力の強いX線を用いる分析は、蓄電池に代表される電気化学デバイスのオペランド計測に適しており、様々な材料や反応の評価を行う上で強力なツールとなっている。特に近年では、放射光施設の利用拡大も相まって、単なるバルク材料の計測に留まらず、高空間分解、高時間分解、多次元、マルチスケールなど、高度な計測も可能となってきている。 　本講演では、そのような放射光高度計測とそれらを電池反応解析に適用した例について紹介する。

1. はじめに
   1. 電池反応のオペランド計測の重要性
   2. 放射光多次元オペランド計測
2. 全固体電池における放射光オペランドの適用例
   1. 合剤電極における反応分布評価
   2. 合剤電極の劣化評価
   3. 不均一反応の支配因子評価
3. まとめ
• 質疑応答

第5部 全固体電池における正極活物質への表面コーティング及びセル試作・評価技術

(2025年5月15日 14:20〜15:10)

　全固体電池における正極活物質への表面コーティングや電池セル試作技術について、正極コートの膜厚変化が全固体電池に与える影響をセル評価実施例から解説する。併せて全固体電池の解析技術についても紹介する。

1. 正極コート試作技術
   1. 正極活物質への表面コーティング
   2. ドライ環境における転動流動層コーティング
2. 全固体電池の試作技術
   1. 圧粉型セル試作
   2. ラミネート型セル試作
3. 正極コートの膜厚変化による電池性能への影響評価
   1. 正極コート試作・膜厚推定
   2. 圧粉型セル試作評価
4. 全固体電池の解析法と応用例
   1. 断面SEM分析
   2. 薄膜TEM分析やその他分析例
• 質疑応答

第6部 オペランド電子顕微鏡技術による全固体電池反応の可視化

(2025年5月15日 15:20〜16:10)

　全固体電池は、高い安全性や高エネルギー密度が期待できる蓄電デバイスである。高性能な電池を開発するためには、電池内部のイオンの動きを把握し、プロセスへフィードバックさせることが重要である。 　本講座では、電子顕微鏡を用いて、充放電中にイオンがどのように動くかを直接観察した技術を中心に、最新の応用例についても紹介する。

1. オペランド電子顕微鏡計測技術
   1. オペランド電子顕微鏡計測の最近の動向
   2. 透過電子顕微鏡内で全固体電池を動作させる技術
   3. 電子エネルギー損失分光法の基礎およびその他の計測技術
2. オペランド電子エネルギー損失分光法による全固体電池反応の可視化
   1. 薄膜型全固体Liイオン電池のオペランド観察例
   2. バルク型全固体Liイオン電池のオペランド観察例
   3. 機械学習を用いた高速オペランド電子顕微鏡観察の応用例
3. その他の電子顕微鏡計測技術
   1. オペランド電子線ホログラフィーによる全固体電池の内部の電位計測
   2. オペランド走査電子顕微鏡による全固体電池のイオン濃度分布観察
4. まとめ
• 質疑応答

第7部 全固体電池における固体電解質界面構築 の考え方と評価解析事例の紹介

(2025年5月15日 16:20〜17:10)

1. 硫化物系固体電解質の考え方と合成法
2. 固体界面構築の考え方と評価解析事例の紹介
   1. 固体電解質の機械的特性
      1. 固体電解質の成形
         • 常温加圧焼結
         • 断面SEM
      2. 固体電解質の成形
         • 軟化融着
      3. 弾性率測定
         • 超音波パルス法
         • 圧縮試験
   2. 理想的な電極構造についての基本的な考え方
   3. 電極複合体のイオン及び電子伝導度測定
      • 直流分極法
      • 交流インピーダンス法
   4. 常温加圧焼結による室温プロセスによる全固体電池の作製