リチウムイオン二次電池向け異物解析用蛍光X線分析装置を開発
エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社
セイコーインスツル株式会社（略称：SII）の100％子会社で計測分析装置の製造販売を行っているエスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社（略称：SIIナノテク）は、車載用・家庭用の蓄電装置として普及が広がりつつあるリチウムイオン二次電池の電極材及び電極シート中の異物を検出・解析するための性能を大幅に向上させた蛍光X線分析装置の開発に成功した。
低炭素社会への流れを受け、エネルギーのより効率的な利用が進んでいる。その手段として、リチウムイオン二次電池が車載・家庭用の蓄電装置として使われるようになり、リチウムイオン二次電池の信頼性・長寿命化がより一層求められている。信頼性・長寿命化を妨げる要因の一つとして電池構成部品内の混入した異物を起因としたショートモードが挙げられている。そのため、電池内の電極・セパレーター等に含有するステンレス、銅、鉄、亜鉛などの微小な金属異物を検出して除去する必要性が高まってきた。
従来、このような微小金属異物の検出には走査電子顕微鏡や汎用の蛍光X線分析装置が用いられていたが、検出には数時間から1日といった長い時間がかかり、実用的ではなかった。SIIナノテクは長年培った蛍光X線技術を応用し、10µmサイズの微小な異物の検出・解析が可能で、かつ検出スピードを従来機比で約10倍～20倍※1に向上させた蛍光X線分析装置の開発に成功した。SIIナノテクでは、2010年3月をめどに商品化し、リチウムイオン二次電池関係の材料メーカ・電池メーカ等へ販売を進める。
【開発機の主な特徴】
1. 10µmの微小異物検出・解析が可能
リチウムイオン二次電池の信頼性と寿命を確保するためには数十µmを上回る異物を検出・除去する必要がある。本装置では、試料の数十mm～数百mm四方の面積について蛍光X線による元素マッピング分析※2を行い、10µmの微小異物を検出することが可能となっている。
2. 元素マッピングによる異物検出スピードを向上
試料に照射するX線ビームを集光光学系により微小化・高輝度化することで、微小異物から発生する蛍光X線の検出感度を高めることにより、異物検出スピードが向上。たとえば、電極・セパレータなどのサンプルの10mm ×10mmの領域全体で元素マッピング分析を行った場合、φ20µm球の異物を検出する時間を、従来の200分から10分程度に短縮することに成功した。
3. 広域で高分解能な光学観察が可能
900万画素の高分解能カメラと高分解能なレンズ系を搭載し、200mm x 150mmの全域にわたって数十µm程度の微小物の測長が可能な光学観察像の取得を可能にした。
4. 液化窒素不要の高計数率検出器Vortexを搭載
蛍光X線検出器にはSIIナノテク独自の高計数率検出器 Vortex（ボルテックス） が装備され、冷却用の液体窒素は不要。液化窒素の製造・運搬時に発生していたCO2の排出量削減への貢献、測定スピードの効率化による消費電力を削減など、環境にも配慮している。
【開発機の主な仕様】
X線源 ： 空冷式小型X線管
検出器 ： マルチカソード半導体検出器（液化窒素レス型）
ビーム径： 80µm
光学観察系： 900万画素CCDカメラ
最大試料サイズ： 200mm（W）x 150mm（D） x 150mm（H）
※1： 同社製品比、同社調べ。
※2元素マッピング分析： 試料ステージを動かしながら蛍光X線検出を行う事で、試料上面の任意のエリアで、構成する元素分布を二次元的に表示して行なう分析方法。