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セルCELL


電池評価用ガス分析セル

リチウムイオン二次電池は、電解液として有機溶媒が使用されているため、充放電過程において種々のガスが発生します。
電池の性能・安全性向上を考える上でガス成分を把握し、発生メカニズムや原因を究明することは極めて重要です。
本セルは充放電過程において発生するガス成分を、オフラインもしくはオンラインで測定を可能にします。

SB4/SB5 〜 オフライン型セル 〜

本セルは、ガスタイトシリンジで発生ガスをサンプリングできるオフライン型セルです。
正負極発生ガスの混合ガスを分析する混合型セル[SB4] と、正負極発生ガスを分別して分析する分離型セル[SB5] をラインナップしております。
電極サイズは正負極とも直径34mm でセパレータを介し一定荷重が負荷される構造ですので、実電池に近い構造での評価が可能です。
また大気成分の混入を最小限に抑えるため、不活性ガスをセル接合部にパージする機構を採用しています。
ガス発生量測定器[AC7] を併用することで、正負極各々から発生するガス量を分別して定量することも可能です。
SB4
SB4(オフライン混合型)
ガスタイトシリンジで正負極混合されたガスを間欠的に測定
SB5
SB5(オフライン分離型)
ガスタイトシリンジで正負極分離されたガスを間欠的に測定
オフライン分離型セル 断面模式図
断面模式図 直径34mmの正負極はセパレータを介し配置されます。図中では負極裏面よりスプリングにより一定荷重が負荷されます。

ガスケットはセパレータの外周に配置され、発生ガスの回り込みによる混ざりを防ぎます。発生したガスはセル上部の気相部に正負極分かれて溜まりますので、セプタムポートより正負極各々のガスサンプリングを可能にします。
オフライン分離型セル(SB5)での初期充電時の正負極発生ガス分析
初期充電1サイクル目において4.2Vまで充電を行い、正負極それぞれで発生したガスをガスタイトシリンジで分取し測定を行った。
電解質:1M LiPF6 (EC-DEC 1:1)
正極:コバルト酸リチウム
負極:天然球状グラファイト
Cレート:1/15C(CC充電)
オフライン分離型セル(SB5)での初期充電時の正負極発生ガス分析
【結果】ガスタイトシリンジの使用により大気成分(O2・N2)が多く検出されたが、負極側からH2・CO・CO2 および炭化水素が多く検出された。
AC7 〜 ガス発生量測定器 〜
二次電池の充放電過程において発生するガス量を定量化するための器具です。水上置換法の原理に基づいた方法により、液面の変化量から目視で発生量を定量します。正負極それぞれから発生するガス量を分別して同時定量できるように2チャンネル備えています。
AC7 【接続例】
AC7接続例

■AC7 仕様

項 目 仕 様
材 質 本体:アクリル・SUS304・ピーク・ゴム足
1/16インチステンレス管:SUS316
セプタム:シリコン
使用環境温度 室温に限る
寸 法 135×105×173mm(H) ※1/16インチステンレス管除く
重 量 約600g ※1/16インチステンレス管除く


SB4A/SB5A 〜 オンライン型セル 〜

本セルは、キャリアガスを一定量流し続け、充放電を行いながら発生ガスを連続して測定するオンライン型セルです。
正負極発生ガスの混合ガスを分析する混合型セル[SB4A] と、正負極発生ガスを分別して分析する分離型セル[SB5A] をラインナップしております。オフライン型セルと同様に、電極セルサイズは正負極とも直径34mmでセパレーターを介し一定荷重が負荷される構造ですので、実電池に近い構造での評価が可能です。
SB4A
SB4A(オンライン混合型)
ガスクロと直結し、正負極混合されたガスを連続的に測定
SB5A
SB5A(オンライン分離型)
ガスクロと直結し、正負極分離されたガスを連続的に測定
電池発生ガス自動連続評価システム
充放電に伴う発生ガスを自動で連続分析するシステムです。本システムは、サンプリング装置/ガス分析セル/充放電装置/ガスクロマトグラフ(GC)から構成されています。GCに搭載されているバリア放電イオン化検出器(BID)により、高感度かつ高精度な分析を可能にします。
電池発生ガス自動連続評価システム
AC4/AC5 〜 ガスバブリング容器 〜
容器内に入れた溶媒をキャリアガスによりバブリングを行い、溶媒により飽和されたキャリアガスをアウトガスとしてオンライン型セルに供給するための容器です。オンライン型セルの溶媒の気化を抑え、長期間の連続分析を可能にします。
AC4/AC5 ガスバブリング容器


測定例1:初回充電時のLIB発生ガス連続分析
使用セル:SB4A
電解質:1M LiPF6 (EC-DEC 1:1)
正極:コバルト酸リチウム
負極:天然球状グラファイト
C レート:1/15C(CC 充電)
GC 測定間隔:30min
SB4A_測定例1
【結果】
SEI(Solid Electrolyte Interface)形成時に電解液の分解生成物と考えられるC2H4 が多く検出された。
測定例2:シリコン負極の水素ガス発生挙動
使用セル:SB4A
電解質:1M LiPF6 (EC-DEC 1:1)
正極:コバルト酸リチウム
負極:シリコン
C レート:1st:1/15C(CC-CV 充電),1/5C(CC 放電)
     2nd:1/5C(CC-CV 充電),1/5C(CC 放電)
GC 測定間隔:30min
SB4A_測定例2
【結果】
シリコン負極は充電/放電サイクルにおいて活物質が膨張/収縮することが知られている。H発生量は、充電時に増加/放電時に減少し、シリコン膨張時の活物質の割れ現象を反映していると示唆される。

SB4/SB4A/SB5/SB5A 仕様
電極サイズ 観察極:直径34mm・セパレータ:直径41mm
材 質 本体:SUS316/304・ピーク
O-リング素材:パーフロ・ブチル
使用温度範囲 -10℃ 〜 +80℃
寸 法 [SB4/4A]57×68×74mm [SB5/5A]64×68×74mm ※突起部除く
重 量 [SB4/4A]約1,350g [SB5/5A]約1,500g