アプリケーションノート B-XRD1155
はじめに
硫化物系固体電解質を用いた全固体リチウムイオン電池（全固体電池）の正極材料には、固体電解質層との界面安定性向上のため、微量なコーティング成分が含まれていることがあります(1)。代表的なコーティング成分である LiNbO₃ は、非晶質・結晶質のそれぞれでリチウムイオン伝導度が異なり、非晶質の方が高いイオン伝導度を有します。したがって、電池特性の評価にはコーティング成分を含めた結晶相分析が必要になります。しかし、Cu 線源を用いたX線回折法では、正極材料中の遷移金属由来の蛍光X線によりバックグラウンド強度が上昇するため、微量成分の検出には課題が残ります。本測定例で紹介するシームレス多次元ピクセル検出器（XSPA-400 ER）は、従来の検出器よりも高いエネルギー分解能を備えているため、蛍光X線によるバックグラウンド強度の上昇を抑えることができます。このため高PB（peak to background）比のデータが得られ、微量成分の回折線を高感度に検出することが可能です。ここではXSPA-400 ERを用いて、LiNbO₃でコーティングしたLi（Ni₁/₃Co₁/₃Mn₁/₃）O₂ （以降、NCM111 とします）の測定を行いました。
測定・解析例
表面を微量のLiNbO₃でコーティングしたNCM111のX線回折測定結果を図1（a）に示します。測定はXSPA-400 ERおよび1次元検出器（D/teX Ultra250）を用いた1次元スキャンで行いました。両者を比較すると、バックグラウンド強度はXSPA-400 ERの方が低くなり、NCM111の第一強線からPB比を算出すると、XSPA-400 ERはD/teX Ultra250と比べて高い値が得られました。また、図1（b）に示す拡大図より、D/teX Ultra250 ではバックグラウンド強度の上昇により、Li₀.₅₈₅NbO₃に由来する微弱な回折線を明瞭に識別することが困難でした。一方のXSPA-400 ERでは感度良く観察されています。このようにXSPA-400 ER は高いエネルギー分解能により蛍光 X 線によるバックグラウンド強度の上昇を抑制できるため、正極材料中の微量成分の検出に有効です。
図1 LiNbO₃ でコーティングした Li（Ni₁/₃Co₁/₃Mn₁/₃）O₂ における検出器ごとの測定結果
（a）X線回折パターン（b）2θ = 21°付近の拡大図
参考文献: (1) A. M. Glass, K. Nassau, T. J. Negran: J. Appl. Phys., 49(1978) 4808-4811.
推奨装置・ソフトウェア
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