09/26/2014
No.0097 リチウムイオン電池 内部ガスの組成分析
リチウムイオン電池(LIB)は携帯電話やノートPC、自動車等のバッテリーとして幅広く用いられているが、近年、その高容量化やサイクル特性向上に加えて、安全性への関心が高まっている。LIBには有機溶媒が用いられるため、セル内でガス発生の懸念があり、発生のメカニズムや原因の究明が求められている。
ここでは電池内部のガスを採取し、GC及びGC/MS法で組成分析する手法について紹介する。また分析例として、経年使用で容量低下したLIBについて、電池内部ガスの組成を分析した事例を示す。
電池内部ガスのサンプリング・測定方法
本方法では試料を密閉容器に封入し、容器内部で開封することで外気のコンタミを抑え、一つの試料で複数項目の評価を可能にした。
市販LIBの内部ガス分析事例
LIB内部ガスについてGCおよびGC/MS法で組成分析した結果を、以下の図表に示す。
水素(H2)、酸素(O2)、窒素(N2) の分析
* 濃度補正に使用 H2が特徴的に検出された。
一酸化炭素 (CO)、二酸化炭素 (CO2)、低沸点有機成分 (C1～C2)分析
CO2が比較的強く検出され、またメタンやエチレン、エタン等の低沸点炭化水素が検出された。
低沸点有機成分 (C3～C10程度)分析
電解液の溶媒であるDMCやEMC、DECが比較的高い濃度で検出され、その分解物と思われる脂肪酸エステル等が検出された。
Compounds | Concentration* (vol. %) | DL** |
| Hydrogen(H2) | 58 | a |
| Carbon monoxide (CO) | 0.38 | a |
| Carbon dioxide (CO2) | 29 | a |
| Methane | 4.9 | a |
| Ethylene | 0.11 | a |
| Ethane | 3.5 | a |
| Fluoroethane | 0.08 | b |
| Dimethyl ether | 0.18 | b |
| Ethyl methyl ether | 0.41 | b |
| Diethyl ether | 0.056 | b |
| Dimethyl carbonate (DMC) | 0.75 | b |
| Ethyl methyl carbonate (EMC) | 1.4 | b |
| Diethyl carbonate (DEC) | 1.1 | b |
| Carboxylic acid esters | 0.67 | b |
| Other hydrocarbons | 0.23 | b |
| Total | 100 | - |
分析機能と原理
カテゴリー
電池
分類
リチウムイオン電池