03.09.2025 by Aileen Sammler
リチウムイオン電池の安全性の向上：NETZSCH DSC & を用いた LiPF₆ 電解質の熱および速度論的分析Kinetics Neo
測定方法 示差走査熱量測定(DSC) とKinetics Neo ソフトウェアNETZSCH 、LiPF₆ベースの電解質の熱安定性と速度論的安定性を分析することでリチウムイオン電池の安全性を向上させ、熱暴走を防止して性能を最適化する方法をご覧ください。
リチウムイオン電池 （LIB）は、私たちのスマートフォン、電気自動車、再生可能エネルギー貯蔵システムを支えています。世界的な需要の急増に伴い、安全性と信頼性が最優先事項となっています。EU電池規則2023や国際規格などの規制枠組みは、現在、電池の熱安全性試験に厳しい要件を課しています。
すべてのLIBの中心は電解液であり、炭酸塩溶媒中で最も広く使用されている塩のひとつがLiPF₆です。LiPF₆は、優れたIonic 伝導率と黒鉛負極との適合性を特徴としていますが、熱的にも化学的にも不安定です。この不安定性は熱暴走を引き起こす可能性があり、電気モビリティや定置型蓄電における安全上の大きな懸念となっている。
このような課題に対処するため、研究者やメーカーは高度な材料特性評価に頼っている。この新しいアプリケーションノートでは、Kinetics Neo ソフトウェアと組み合わせたNETZSCH DSC を使用して、LiPF ₆ベースの電解質の熱安定性と分解速度を解析しています。
調査の主な結果
DSCによって特定された熱事象
混合炭酸塩溶媒系（EMC+DMC+EC、1:1:1）中のLiPF₆の分析に、NETZSCH DSCを使用した。190℃以上で以下の熱効果が検出された：
- 吸熱（吸熱性）ピーク (≈230°C) → LiPF₆の分解と溶媒特異的相互作用。
- 発熱（発熱性）ピーク (≈250°C) → LiPFとECの相互作用、開環反応。
- 幅広い発熱（発熱性）ピーク（≒290℃） → 重合反応、PEO様生成物、CO₂放出
Kinetics Neo ソフトウェアによる速度論的解析
- 速度論的評価により、活性化エネルギー146.3、137.2、118.6 kJ/molの3段階反応モデルが確認された。
- 実測データと計算データの相関はR²=0.997に達し、実験データとシミュレーションデータの間の優れた一致を示した。
現実のシナリオに対する予測
- 等温予測：150℃で≈1日後、130℃で≈9日後、120℃で≈24日後に分解が始まった。
- 断熱予測：断熱条件下では、150℃で約5日後に熱暴走が起こった。
今日のバッテリー産業にとって重要な理由
- バッテリーの安全性は、EVとグリッドストレージにおける重要な課題です。
- 規制遵守のためには、電解液の詳細な熱安定性分析が必要です。
- 材料開発者は配合を最適化することで、リスクを最小限に抑え、電池寿命を延ばすことができます。
示差走査熱量測定（DSC）と電解質を組み合わせることで、電解質の熱安定性を評価することができます。 Kinetics NeoNETZSCH を組み合わせることで、実際の運転条件や乱用条件下での電解液の挙動を予測するための強力なツールキットを提供します。
電池研究におけるNETZSCH DSC の利点
NETZSCH DSC 300Caliris分析装置は、卓越した感度と柔軟性を特徴としており、バッテリー電解質や材料の分析に理想的なツールです。
リチウムイオン電池の安全性の観点から、研究者はDSCによって、熱暴走の発生を特定するために重要な相転移、分解温度、および熱流現象を正確に測定することができます。モジュール設計と高圧容器により、DSCCaliris は、揮発性電解質系でも信頼性の高い結果を得ることができます。
バッテリー安全性解析におけるKinetics Neo の利点
Kinetics Neo ソフトウェア は、実際の条件下での予測シミュレーションを可能にすることで、DSC測定を拡張します。バッテリー開発者にとって、これは3つのDSC加熱実験セットからのデータを使用して、等温貯蔵安定性、断熱条件、および異なる温度プロファイルをモデル化できることを意味します。
これにより、運転中、輸送中、または乱用シナリオにおける電解液の挙動を正確に予測することができ、より安全で長寿命のバッテリーシステムの設計をサポートします。
結論
NETZSCH DSCとKinetics Neo ソフトウェアの組み合わせにより、LiPF₆ ベースの電解質の熱安定性と動力学的安定性に関する本質的な洞察が得られます。これらの結果は、熱暴走の防止、安全基準の遵守、安全で持続可能なe-モビリティおよびエネルギー貯蔵システムへの移行を推進する上で、バッテリー開発者を直接サポートします。
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NETZSCH DSC装置およびKinetics Neo ソフトウェアの詳細については、こちらをご覧ください。
