锂离子电池的基本结构

代表性的锂离子电池基本结构的示例如下图，下面将对各个部分及其作用进行说明。

锂离子电池形状（形态）的种类

锂离子电池单体内部结构如前所述，不过外壳形状、封装形式、材质各有不同。其中代表性的3种锂离子电池形状（形态）如图所示。

圆柱型

圆柱型锂离子电池成本最低，容量密度高。不过，如果是外壳内部有多个电池单体组合的类型，单体之间会产生间隙，使密度降低。

方型

方型的锂离子电池大多采用铝制外壳。根据材料是铁还是铝，方型电池的极性会变化。铁制外壳顶部为正极，铝制外壳顶部为负极。

层压型（锂聚合物电池）

层压型也称为锂聚合物电池。使用薄膜进行层压的电池单体可减少厚度，适用于智能手机、平板电脑等对低背化有要求的设备。
通常，在电解液中加入了聚氧化乙烯（PEO）、聚环氧丙烷（PPO）、聚偏氟乙烯（PVdF）等聚合物后凝胶的物体。

锂离子电池正极材、负极材的种类和特点

锂离子电池的特点、用途和成本因使用的正极材料和负极材料而不同。将说明其代表性的种类和特点。

钴系列
正极材：钴酸锂 LiCoO2/负极材：石墨 LiC6

最为普及的锂离子电池，以移动机器为中心广泛使用。钴为高价，且存在热失控的危险，因此用于车载时存在安全性的课题。

镍系列
正极材：镍酸锂 LiNiO2/负极材：石墨 LiC6

镍系列锂离子电池，属于最大容量。过去方法存在安全问题。不过，“NCA系列”用钴替代一部分镍，并添加了铝，由此提高安全性，作为适用于插电式混合动力汽车的电池占据了市场一角。

锰系列
正极材：锰酸锂 LiMn2O4/负极材：石墨 LiC6

锰系列的锂离子电池（LMO系列），价格方面锰较为便宜（钴的约1/10），由于牢固的结晶结构，具有优异的热稳定性、高安全性，因此目前已经成为车载用电池的主流。

磷酸铁系列
正极材：磷酸铁锂 LiFePO4/负极材：石墨 LiC6

磷酸铁系列的锂离子电池，即使在电池内部产生发热，结晶结构也不易发生破损，安全性高。另外，相较于将铁作为原料的锰系列，它可以更低的成本进行生产，这也是优势之一。另外，存在能量密度低的缺点。

三元系列
正极材料：用镍和锰替换一部分钴酸锂 Li（Ni-Co-Mn）O2/负极材料：石墨 LiC6

三元系列锂离子电池也被称为“NCM系列”，使用了钴、镍、锰这3种原料，提高了安全性。与相同的NCA系列，被本田的插电式混合动力汽车所采用。

钛酸系列
正极材：锰酸锂 LiMn2O4/负极材：钛酸锂 Li4Ti5O12

与负极使用石墨的过去类型锂离子二次电池相比，钛酸系列锂离子电池实现了约6倍的寿命和急速充电。但是，可列举能源密度低这一缺点。

有望普及和应用的新一代电池

随着EV（电动汽车）等用途范围的扩大，新一代二次电池需要拥有更大的容量和更高的安全性。该课题决定着今后业务的走向，因此各类大中小企业都积极参与到研发当中。下面将介绍代表性的新一代电池。

锂离子空气电池

被认为理论容量密度可超过1万 Wh/kg，在实际试验中已确认达到约600 Wh/kg。负极采用金属锂，但是由于金属锂容易析出，在与空气中的水分发生反应时，会对安全性和特性造成负面影响，成为了现在面临的课题。

全固态电池

没有锂离子电池那样的电解液，使用固态电解质作为隔膜。优点是形状自由度高，不必担心漏液。理论容量密度为2000 Wh/kg以上。这是理论上的值，现阶段以500 Wh/kg以上为目标，推进针对应用的研发。充放电速度快，即使反复执行充放电循环，也不易劣化，因此这也是优点之一。
固态电解质有硫化物和氧化物。虽然前者具有优秀的特性，但是在起火或浸水时有产生硫化氢的危险。从可配备于电子设备的小型全固态电池开始投入生产。

新一代锂离子电池

采用硅和石墨烯作为负极材料，在有效利用现有制造工序的同时，以增加容量为目的进行研发。通过更改电解液加速充放电过程也成为了备受关注的研究项目。

锂硫磺电池

理论容量密度为2500 Wh/kg，高于全固态电池，由于不采用钴等高价材料，有望实现低成本、大容量的优势。不过，它的导电性和稳定性低，充放电循环的特性恶化成为课题之一。

钠离子电池

容量密度与目前的锂离子电池相同或略差，但是不需要稀有金属，可使用现有的生产设备，因此它具有低成本生产的优势。与现有的锂离子电池相同，它也存在析出时反应剧烈等安全方面的课题以及充放电造成的特性恶化。

用传统显微镜对锂离子电池等二次电池进行观察和分析时的课题* 与本公司旧VH系列产品的比较

各公司正在竞相开发研究更加高性能、更具安全性的锂离子电池。较短的产品周期对品质保证和品质管理有相应的要求。此外，在新一代电池的研发和专利申请方面，许多企业和研究人员每天也在激烈竞争，为早日实现优秀的技术而努力。
因此，在二次电池的研发、改良试验、品质保证各阶段中，除了观察、分析、定量评价之外，速度也起着重要的作用，可以说是成功的关键。
另外，使用传统显微镜进行观察、分析时，可能会面临如下课题*。
与本公司旧VH系列产品的比较

• 样品形状立体，或者细微划痕的对比度很低，使得样品很难对焦和设定照明条件，对焦位置因人而异，评价产生偏差。
• 观察位置上混有光泽各异的材料时，可能会出现光晕。这时很难用适当的照明设定进行观察，容易发生分析错误。
• 调整样品位置或更改样品角度需要花费时间和精力。
• 想要根据工业标准实施污染物计数或者对异物进行详细观察时，设定十分繁琐，耗费很多精力和时间。此外，操作人员必须具有很高的熟练度，才能得到准确的分析结果和定量的值。
• 无法将测量值和计数保存为数值数据，所以在分析、评价、制作报告等后续作业中耗费大量精力和时间。

在下一项内容中，将介绍使用全新的4K数码显微系统解决这些课题，并通过简单操作快速、准确地观察和分析的案例。

异物的计数（符合ISO标准的清洁度分析）

“VHX系列”实现了符合汽车行业的清洁度标准ISO16232/VDA19的清洁度测量。配备精准的自动面积测量、计数功能，利用内置的高功能照明，获取高分辨率、大景深的图像。即使工件上有凹凸部分，也可轻松地对污染物（异物）进行高精度的计数和测量。
另外，在“详细分析模式”中，只需从整体膜滤器图像选择各种污染物，即可自动移动载物台，并直接利用高倍率进行详细观察。由此完成了比传统显微镜更简单且更快的异物辨别*。并且，通过并用深度合成与3D高度测量，对凹凸形状的目标物也可进行详细观察与三维尺寸数值化。
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观察隔膜划痕

“VHX系列”的高分辨率（HD）感测头可自动切换镜头，无需更换镜头操作即可无缝地放大20倍至6000倍。此外，配备内置照明（电动光圈），并涵盖明视场、暗视场、偏光、微分干涉（DIC）等多种观察方法。可自动应对各种目标物的观察。
例如，难以观察的隔膜表面细微划痕，也可通过采用微分干涉技术的4K高分辨率图像，简单快速地实现可视化。

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观察负极材剥落

4K数码显微系统“VHX系列”具有大景深，因此可通过观察位置整体对焦的清晰4K高精细图像进行观察。
此外，内置照明单元支持多种拍摄条件，即使光泽各异的材料混合在一起，也可清晰观察。

并且，如果使用“多方位多功能照明功能”，只需按下按钮，就可自动获取多方位照明条件下的数据。可从中选取合适观测图像，轻松获得观察图像。未选择的图像也会被保存，因此可观察不同照明条件下的图像。可复制过去观察图像的相同条件，观察不同的个体，由此减少人为因素导致的观察和评价偏差。

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观察电池外壳焊接部

在封装方型外壳的盖子（封盖、盖板）等工序中，焊接品质对确保锂离子电池安全性来说至关重要。

“VHX系列”实现了强调细微形状的全新观察方法“Optical Shadow Effect Mode”。通过从不同方向照明时拍摄图像的变化（对比度）进行分析，可检测出表面的微小凹凸，获取接近SEM（扫描电子显微镜）的观察图像。
将该Optical Shadow Effect Mode图像与颜色信息相重叠，可同时显示凹凸信息和颜色信息，还可通过用不同颜色显示凹凸信息（色差图），简单易懂地将凹凸信息可视化。

此外，即使在观察后，也可从保存的图像中进行凹凸形状的3D测量及各种位置的轮廓测量。因此，当日后需要做更详细的分析时，不必花时间去重新放置相同的样品以及重复设置相同位置和观察条件。
而且，如同电脑一样，“VHX系列”可直接安装表格计算软件。获取的观察图像和测量值可自动存入统一格式的表格内，大幅减少制作报告所需的工时。

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