OCTOBER 2012

JFEテクノリサーチ株式会社

No.33

MnO
Li

ABF(Filtered)

HAADF(RAW)図1

LiMn2O4粉末のHAADF像（左）と、ABF像（右）Mn-L2,3

試料：LiMn2O4

図2

LiMn2O4粉末のEELSスペクトル

電池材料の物理解析技術(2)～収差補正走査透過電子顕微鏡によるLiMn2O4の表面近傍に存在するMnの微細構造解析～
Structural Characterization of Existing Mn near the Surface of LiMn2O4 by Cs Corrected STEM
収 差補正走査透過電子顕微 鏡によるMn 系正極材の構造解析

シフトが見られ、粒子表層部ではMn2+

リチウムイオン二次電池材料の微細構造解析

活物質として使用されるLiMn2O4粉に近い状態であるのに対し、内部ではリチウムイオン二次電池は、車載向末のCs-corrected STEMによる解析例をMn4+になっている様子が確認できまけや定置式蓄電池としての需要が高示 し ま す。 図1は、LiMn2O4を 原 子 レす。新たに導入したCs-corrected STEM

まったことで、性能向上に向けた研究

ベルで観察したHAADF（高角度散乱暗（ 日 本 電 子 製ARM-200F）を 用 い る こ開発が一層加速しています。特に、活視野：High Angle Annular Dark-Field）
像とにより、高いエネルギー分解能で物質（充放電反応時にLiの受容 /供与にとABF（環状明視野像：Annular Bright-EELS分析を行うことができ、それによ関与する物質）の微細構造解析や、LiField）像です。ABF像は軽元素の観察

りLi原子の状態解析を含めて、リチウの挙動解析はますます重要性を増してに有効で、HAADF像では見えなかっムイオン二次電池材料の微細構造を解います。微細領域を原子レベルで観察たLiとOの原子コラムが直接観察でき析することが可能です。是非お気軽にし、Li原子を取りまく状態を解明するます。Liの出入りにともなう正極材のご相談下さい。

ためには、収差補正走査透過電子顕構造変化を直接観察できるものと期微鏡（以下、Cs-corrected STEMとする）

待 され ます。 図2は、LiMn2O4粒 子 表とEELS法（電子エネルギー損失分光分層部から内部にかけて、20nm間隔で析：Electron Energy-Loss Spectroscopy）
をEELS法による点分析を行った結果で組み合わせた解析手法が効果的です。

す。Mnの価数由来によるエネルギー

お問合せ先：ソリューション本部(千葉)
電池・材料解析評価センター

木村 祐美子yu-kimura@jfe-tec.co.jp

Chemical Analysis Technique of Cathode and Anode Materials for Lithium-ion Secondary Battery

電池材料の化学分析技術(1)〜 10mgレベルの微少量試料における主成分分析〜
ソリューション本部
（千葉）
分析部

長谷川 亮

r-hasegawa@jfe-tec.co.jp
微少量試料の高精度分析技術
リチウムイオン二次電池の劣化解析

おわりにとに、分析に供する試料の重量や電極正極についても同様に微少量分析技の組成に応じた最適分析条件を選定することにより、試料10mgレベルでの高術を確立しており、活物質の組成比やLi精度分析を可能にしました。

量を高精度に分析することができます。

初回充放電時の負極の状態解析事例

このように電池解体技術と分析技術を

図1に、初回充放電による黒鉛系負組み合わせることで、小型電極の場合で極中のLi存在比の変化を示します。縦あっても、過酷な温度環境下での試験

軸はLi定量値とC濃度より求めたLi存在後やサイクル試験後のLi量の変化を分比を、横軸は100％充電時に対する充析することが可能となりました。ご興味る電極活物質の組成比やLi量を正確に電容量（mAh/g）の割合を示しています。

がある場合は、お気軽にご相談下さい。

把握することは大変重要です。さらに、充電に伴い負極中の研究開発段階においては、小型のコイLi存在比は直線的に増ン電池を用いて性能評価する場合が多加します。また、図中

く、その際には、試料の量が限られるのAは100％充電を行っため、数mgの試料に対して高精度なた の ち0 ％ ま で 放 電分析が必要となります。

（1サイクル充放電）さ

当社では、劣化解析を行う際は、大せた電極を分析した結気非暴露下で電池の解体、秤量などを果です。充放電前には行うことで試料の変質を防ぎ、秤量誤存在しなかったLiが確差を可能な限り低減する方法を構築し認されました。これは、ました。それに加えて、測定に用いる充放電後の負極中にはICP発光分光分析法や原子吸光分析法不可逆なLiが存在するにおいて、当社のこれまでの経験をもことを示しています。

Li存在比（C存在比を6として算出）において、正極、負極の構成物質であLi

1.20.1C放電後のLi

1.00.80.60.4A0.20.0020406080100

充電率 -State of charge (%)
図1

黒鉛系負極のLi存在比Failure Analysis of Metal Components

金属部材の損傷・劣化の原因調査を詳細に調査することが最も近道にな現象を立証します。ミクロ破面には破ります。なぜなら、不具合品には事故壊形態に対応した特徴的な破面が観察

知多事業部 材料解析部

原因につながる多くの証拠が残されてされます。写真1に炭素鋼が、疲労破森下 泰雅いるからです。それらを読み取る最も壊および延性破壊した際の代表的な破重要な調査手法の一つとして、直接破面形態を示します。

「御社から納入された部品が折損し断面を観察する破面解析があります。

morishita@jfe-tec.co.jp

実際の損傷解析では、お客様から有ました。すぐに原因と対策を提示して破壊形態に応じて、破面の様相を系統用な情報を収集し、破面解析のみならください。
」「大変申し訳ありません。

的に分類した破面解析は、破壊のメカず、金属組織観察、機械的特性評価、すぐに対応いたします。
」このようなやニズムを知る上で大変役立ちます。

りとりが御社と取り引き先の間でありませんか？

破面解析は、目視やルーペで観察するマクロ破面解析と、電子顕微鏡で観化学成分分析、数値解析など、総合的な見地から原因究明・対策立案を提示させていただいています。

製品の不具合は、会社の信用を失察するミクロ破面解析から成ります。

当社では、年間1000件以上の実績がくし取り引き先に甚大な被害を及ぼ

多くの場合、破面は汚染されたり腐食あり、経験豊富なスタッフと各部門のすだけでなく、時には人命を損なう大されたりしているので、材料に適した専門家が、スピーディーに再発防止の惨 事になりかねません。また、製 造前処理を施したのち、観察することがお手伝いをさせていただきます。お気軽にお問い合わせください。

工程でのトラブルは、生産活動が中重要です。マクロ破面観察では、起点・断し、多大な経済的損失をもたらしま亀裂進展部・す。そのような不具合に対しては、再最終破断部を発することがないよう原因を究明し、特定し、破壊十分な防止策を講じる必要があります。に至ったプロ

不 具 合 の 原 因 は『 誤 っ た 使 い 方 』、セスを推測し『 不 適 正な 材 料 使 用 』、『材質劣化』、ま す。 次 に、『設計ミス』などがあり、不具合形態もミクロ破面観破損、変形、腐食、変色、機能未達な

察 に よ っ て、ど多岐に渡ります。

マクロ破面解原因を究明するうえでは、不具合品a) 疲労破面（ストライエーション）
写真1

析で推測した2b) 延性破面（ディンプル）代表的な破面形態の例（走査型電子顕微鏡写真）

Chemical Analysis Techniques of Battery Materials

電池材料の化学分析技術(2)

その場ガス分析て発生するガスを採取することも可能〜電池内部発生ガスのその場分析〜“その場ガス分析”では、電極、セパで、電池反応の機構解析やトラブル原

ソリューション本部(千葉) 電池・材料解析評価センター

レータ、電解液を装填可能な専用電池

因解明のために重要な情報を得ること

安江 良彦

セルを用います（図1）。充放電によりができます。

y-yasue@jfe-tec.co.jp

セル内部で発生させたガスをトラップ

今回、専用セルを活用した“その場管に吸着させた後、加熱脱着（Thermalガス分析”を紹介しましたが、実使用リチウムイオン二次電池は使用時のDesorption）ガスクロマトグラフ質量時や長期サイクル試験により膨れた電充放電の繰り返しにより劣化しますが、分析（TD-GC-MS）により、発生ガスの池からのガス採取技術も確立しておりその際にガスが発生し膨れが起こるこ定性 / 定量分析を行うものです。検出ますので、ご活用下さい。とがあります。この現象は充放電反応

されたガス種については、ガスに伴う電解液や電極自身の酸化・還元

クロマトグラフ質量分析（GC-に起因しています。例えば、初期段階MS）あるいはガスクロマトグラ

では電解液成分の電気化学反応によりフ（GC）によりppmオーダーの定リチウムイオン二次電池内のガス発生現象

SEI（Solid Electrolyte Interface）膜が形量分析を行うことが可能です。

成されるとともにガスが発生します。

なお、発生ガス種としてはH2、このような反応は充放電の繰り返しにO2、CO、CO2等の他、CH4及びよる活物質の破壊やSEI膜の破壊・修復

C2H6等の主に電解液分解に起因の過程でも起こります。従って、発生した成分が想定されます。

するガス成分の調査は電池反応機構解

本法を用いれば、充放電の明のために重要な情報をもたらします。

ステップごとに発生するガスをまた多量のガス発生は破裂や発火を引採取 / 分析することによって充き起こす可能性があり、安全性の観点放電反応を追跡することがでからもその調査は極めて重要です。

き、さらに意図的に過充電させ

TD-GC-MS装置

１次トラップ管＜手順＞①発生したガスを１次トラップ管に吸着させる。
②ガス分析（定性・定量）を行う。
サンプラー

充放電装置

ガス採取用専用電池セル

図1

ガス採取用専用電池セル概念図

Acceleration of Scientific Computation by GPGPUGPGPUによる科学技術計算の高速化

用途はグラフィック処理ですが、科学のノウハウを蓄積しています。この先進技術計算などに汎用化する事をGPGPU

技術を駆使し、お客様に高度なGPGPU（General-Purpose computing on Graphics

ソリューションを、ご提供いたします。

ソリューション本部（川崎）CAEセンター

Processing Units）と呼びます。

適用例

高雄 保嘉

当社の GPGPU ソリューション

〜科学技術計算の世界で進む速度革命〜
y-takao@jfe-tec.co.jp
スパコン開発と科学技術計算の高速化
理化学研究所のスパコン「京」が世界

理化学研究所情報基盤センター中田

科学技術計算へのGPU適用技術は、真秀様が開発中の高精度線形演算ラ

現状おおむね未開拓の状態です。しイブラリ「MPACK」の倍々精度行列積

かし、性能の優位性が明らかになり、 「Rgemm-DD」において、GPGPUを適用最速（2011年6月、11月のThe Top500）を研究者やソフトウェア開発者の目が、することにより、NVIDIA® Tesla™ C2050達成し、大きなニュースになりました。

一斉にGPGPUに向きつつあります。

上での最高性能(理論性能値比90%以計算速度は年々飛躍的に向上し、それGPUの能力を十分に引き出すために上、16.4GFlops)を実現しました（図2）。

が宇宙・素粒子・生命などの先端研究で、は、的確なプログラム技術が不可欠です。

また半正定値計画問題ソルバSDPA-DD

革新的な成果を生んでいます。また、

当社は、鉄の製造の現場でGPGPUによの例題計算で、対CPUで最大14.5倍高スパコン開発競争の成果は、企業におるデータの高速処理を支援しており、そ速になることを確認しました（図3）。

けるCAE（Computer Aided Engineering）の発展にも大きな影響を及ぼしました。
エクサフロップス実現と GPGPU の台頭
世界の目標は、2020年頃に「京」の100倍の速度（エクサフロップス）のスパ

図1

NVIDIA®社の科学技術計算用GPUコンを持つ事です。しかし現在、従来技術の延長では実現困難と見なされています。演算を担うCPUの高速化が限界に来たのです。そこで、多数のCPUを1チップ内に収めた構造で、桁違いに速い、GPU（Graphics Processing Units）（図1）が台頭しました。GPUの本来の

図2 Rgemm-DDの性能（対 Intel® Xeon® X3470）

3

図3 半正定値計画問題ソルバSDPA-DDの例題計算速度の高速化（対 Intel® Xeon® X3470 4core 並列）

Evaluation Technology of Magnetic Properties

磁気特性の評価技術

測定試験機であり、特定周波数での磁格（グレード）の推定が可能となります。

〜微小試験片による交流磁気特性評価〜化特性（磁束密度）およびエネルギー損

おわりにソリューション本部（西日本）物性評価部

佐伯 真事

saeki@jfe-tec.co.jp
はじめにμ-SSTにより小型から大型までの製失（鉄損）の評価ができます。
測定例

品モータやトランスに使用されている

図1に小型製品モータのロータコア

材料の磁気特性評価のご要望に十分おから採取した微小試験片を使った交流応えできます。また、当社は、磁気特近年、環境問題、省エネ推進に対応磁気特性の測定例を示します。交流磁性測定に加え、磁気特性に影響を及ぼした電子機器の発達は目覚しく、その気特性評価では商用周波数域から数十す化学成分の分析、ミクロ組織、結晶流れの中で磁性材料も高性能、小型化kHzまでの磁束密度および鉄損を測定す

方位解析などの評価による総合的な磁が進んでいます。電磁応用製品であるることができ、その特性値から製品モー性材料評価が可能ですので、是非お気モータやトランスでは電磁鋼板が磁性タに使用されている電磁鋼板の製品規軽にご相談下さい。

材料として使用されており、製品性能評価のため実装されている電磁鋼板の継鉄磁気特性評価が求められています。
特徴2.0

コイル

電磁鋼板の磁気特性評価はJIS規格

1.8

磁束密度 B（T）

試料で規定されているエプスタイン試験や単板磁気測定で行われますが、実際の小型モータやトランスから採取できる微小試験片では、これらの測定を行う

1.6
1.41.2
1.00.80.6

ことはできません。当社では、この課0.4

題に対応した微小試料単板磁気測定装0.20.00.1

置（μ-SST：Micro Single Seat Tester）（写真1）
を新たに導入しました。当装置は、5mm×20mm程度の微小試験片サイズまで測定が可能な世界最小の単板磁気

1.0鉄損

写真1 微小試料単板磁気測定装置（μ-SST）

図1

10.0

100.0

W（W/kg)

磁化力1000.010000.0

H（A/ｍ）

小型製品モータコアの鉄損および磁束密度（試験片サイズ：5mm×20mm）

お問い合わせ先【ソリューション本部（千葉）】【営業本部】

TEL:043-262-2313 FAX:043-262-2199【大阪営業所】【営業総括部】
TEL:03-5821-6811 FAX:03-5821-6855

TEL:06-6459-1093 FAX:06-6459-1099
神戸支所【東京営業所】
TEL:03-5821-6811 FAX:03-5821-6855

倉敷支所

千葉支所
TEL:043-262-2313 FAX:043-262-2199

TEL:086-447-4621 FAX:086-447-4618
福山支所

川崎支所
TEL:044-322-6208 FAX:044-322-6528
宇都宮支所
TEL:028-610-0355 FAX:028-610-0356【ソリューション本部（川崎）】
TEL:044-322-6208 FAX:044-322-6528

TEL:078-304-5722 FAX:078-304-5723

TEL:084-945-4137 FAX:084-945-3989【ソリューション本部（西日本）】
倉敷 TEL:086-447-4621 FAX:086-447-4618

福山 TEL:084-945-4137 FAX:084-945-3989【九州営業所】
TEL:092-263-1461 FAX:092-263-1462【計測技術本部】
TEL:043-262-4181 FAX:043-262-2665

山口支所

東北支所
TEL:022-211-8280 FAX:022-211-8281【名古屋営業所】
TEL:052-561-8630 FAX:052-561-3374
知多支所
TEL:0569-24-2880 FAX:0569-24-2990

TEL:0835-27-1011 FAX:0835-27-1012【土壌環境部】
営業グループTEL:044-322-6537 FAX:044-322-6528【ビジネスコンサルティング本部】
東

京 TEL:03-3510-3384 FAX:03-3510-3476

京浜 TEL:044-322-6429 FAX:044-322-6520

大阪グループTEL:06-6459-1087 FAX:06-6459-1099

詳しくは、当社ホームページでhttp: // www.jf e - te c.co.jp◆このパンフレットの送付中止、宛名変更は jfetecsalesmarketing@jfe-tec.co.jp へご連絡ください
茂JFE-TEC News 〈 2 0 1 2 〉 発行人／高野
発行所／JFEテクノリサーチ株式会社 営業総括部

No.33

2012年10月発行©JFE Techno-Research Corporation 2012〒111-0051 東京都台東区蔵前2－17－4（JFE蔵前ビル3F）
Tel: 03 - 5821 - 6811

4