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Hitachi

株式会社 日立ハイテク

バルク試料の観察から、薄膜試料へ加工・観察するまでを
雰囲気遮断しながら解析フローとして実現しました。

日立ハイテクは、大気と反応しやすい高活性なリチウムイオン二次電池材料の微細構造解析のため、独自の「雰囲気遮断システム」を実現しています。バルク試料を専用ホルダーに搭載し雰囲気から遮断した状態で、イオンミリングによる試料加工及びSEM観察が可能です。この専用ホルダーにより、雰囲気遮断状態を保持したまま、試料をFIB-SEMで薄膜状態に加工が可能です。さらに薄膜試料搭載用雰囲気遮断ホルダーに載せ換えることで、STEMによる観察・分析が行えます。雰囲気遮断システムは、試料を大気と接触させることなく広範な倍率範囲での観察分析を可能にします。

バルク試料の観察 薄膜試料の観察

超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡

Regulus Series

Regulus Series

材料の微細構造観察・組成分析のための強力なツール

リチウムイオン二次電池に用いられる炭素材料や高分子材料の研究開発に不可欠な、超高分解能走査型電子顕微鏡です。高分解能観察能力に加え、表面微細構造を把握するための低加速電圧観察能力や、組成情報取得能力が強化されています。

セパレータの観察事例

視野の大部分が電解液の残渣に覆われている様子がわかりますが、セパレータが露出している個所では材料由来の網目構造が確認できます。低加速電圧観察は、低ダメージ・表面微細構造観察に効力を発揮します。

Regulus Series

〈表面解析〉走査型プローブ顕微鏡(AFM)

AFM5300E

Regulus Series

試料表面の3次元形状と電気特性を同時計測。

AFM5300Eは、鋭い針で試料表面を走査し、高分解能に3次元形状を観察できる走査型プローブ顕微鏡です。形状以外にも試料の粘弾性や吸着性などの力学物性、表面電位や導電性などの電磁気物性の差異をマッピングすることが可能です。

正極材の表面解析事例

SIS(サンプリング・インテリジェント・スキャン)により測定したリチウムイオン二次電池正極表面のAFM像に、走査拡がり抵抗顕微鏡(SSRM)像を重ね合わせた画像です。3元系活物質 Li(Ni-Mn-Co)O2などの活物質の周囲を低抵抗の導電助剤が取り囲んでいる様子を、AFM像およびSSRM像から鮮明に観察できます。

Regulus Series

正極材の表面解析事例

イオンミリング装置

ArBlade®5000

Regulus Series

リチウムイオン二次電池分析のための
試料作成に必要不可欠となるミリングのために。

ArBlade® 5000は、断面ミリングと平面ミリングに対応したハイブリッドイオンミリング機能を装備した日立ハイテクの最上位機種です。リチウムイオン二次電池の正極材や負極材などの評価に必要な試料作成のための、あらゆる機能を搭載。雰囲気遮断断面ミリングホルダーは、大気中の酸素や水分と反応して形状が大きく変化してしまうリチウムイオン二次電池材料のために開発。試料を大気と接触させることなく、イオンミリング加工後にSEM観察が可能です。イオンビームによる変質のおそれのあるリチウムイオン二次電池材料の試料作成のためには、冷却温度調整機能(オプション)を装備しています。

リチウムイオン二次電池負極材の断面ミリング事例

雰囲気遮断断面ミリング機能で加工したリチウムイオン二次電池負極材のSEM像(a)と雰囲気遮断の効果を確認するために加工した試料を約10分間大気に曝した後のSEM像(b)。(a)ではグラファイトの層構造が明瞭に確認されていますが、(b)は大気中の水分や酸素に接触したことで負極材断面の至るところに析出物が発生しており、雰囲気遮断ミリングホルダーの効果が確認できます。

Regulus Series

リチウムイオン二次電池材 AFM用前処理事例

リチウムイオン二次電池正極材にイオンミリング断面加工および平面加工を行って平滑化した面を、走査拡がり抵抗顕微鏡(SSRM)により、真空中で観察しました。図はAFMによる3D像に、SSRMによる電気抵抗分布の色を重ねた画像です。表面の形状と物性を一目で観ることができます。

Regulus Series

SEMとAFMによるコリレーション分析

SÆMic.

リチウムイオン二次電池材料観察に必要なSEMとAFMの相関顕微鏡法を実現しました。

日立ハイテクの独自の技術「SÆMic.(セイミック)」は、SEMとAFMのコリレーション分析を可能にしました。同一の観察箇所で、SEM(走査電子顕微鏡)による形状、組成、元素分析などと、AFM(走査型プローブ顕微鏡)による3D形状計測と力学的情報、電磁気物性情報を同時に解析評価することが可能です。さらにSÆMic.は大気を完全遮断する雰囲気遮断ホルダーを用いるため、大気中の水分や酸素によって変質してしまうリチウムイオン二次電池電極の解析もスピーディに行えます。

Regulus Series

3元系リチウムイオン二次電池 正極材Li(Ni-Mn-Co)O2 SEM-AFM雰囲気遮断コリレーションによる測定例

雰囲気遮断ホルダーを用いて断面作製や平面仕上げを行い、SEMとAFMによる観察評価をした測定例です。正極材は、大気に晒してしまうと大気中の水分や酸素の影響により、表面が化学反応を起こして変質してしまいます。雰囲気遮断下ではそのような影響がなく、明瞭な SEM コントラスト、 SSRM による電気抵抗分布が得られています。

Regulus Series

高性能FIB-SEM複合装置

Ethos NX5000

Regulus Series

試料の断面観察や分析と同時に
雰囲気遮断システムの解析フローのコアへ。

Ethos NX5000は、世界トップレベルの高輝度冷陰極電界放出形電子銃と新開発の電磁界重畳形複合対物レンズを搭載した、高性能FIB-SEM複合装置です。試料の加工を行うFIB鏡筒と、高倍率で観察を行うSEM鏡筒を同一試料室に配置し、試料表面や試料内部の特定箇所の微細構造や組成を高倍率で解析することができます。リチウムイオン二次電池の開発・製造においても、バルク試料を搭載したバルク用雰囲気遮断ホルダーを導入し、試料を薄膜試料に加工し、薄膜試料雰囲気遮断ホルダーに移動。その微細構造・組成解析に不可欠となる高品位なTEM用薄膜試料を作製できます。

リアルタイム3DアナリティカルFIB-SEM複合装置

NX9000

Regulus Series

3次元構造解析の理想を追求したシステムレイアウト。

NX9000は、SEMとFIBを直行させることで3次元構造解析に最適化されたシステムです。高精度加工/観察を繰り返すことで、試料の微細構造を3次元に捉えることができます。電極などの各粒子の分布などを立体的に解析することが可能です。

試料の特定微小領域からサンプリングが可能な、FIBマイクロサンプリング

サンプリングする微小試料片の標準的な大きさは、10μm(横)×3µm(縦)×10µm(深さ)程度。この操作は、高真空に保持されたFIB-SEMの試料室内で、FIBとSEMで観察しながら行います。

Regulus Series

遮断シリンダをスライドさせる、薄膜試料搭載用雰囲気遮断ホルダー

FIB-SEMへの試料搬送に使用する薄膜試料搭載用雰囲気遮断ホルダーは、試料ホルダー先端の遮断シリンダをスライドさせることで、試料搭載部を不活性ガスまたは真空雰囲気に保持できます。また、液体窒素による冷却対応タイプも準備。試料加工中の熱ダメージを低減します。

Regulus Series

電界放出形透過電子顕微鏡

HF5000

Regulus Series

空間分解能と材料解析性能を調和させた、
200kV収差補正FE-TEM/STEM/SEM。

透過電子顕微鏡で培ってきた技術を結集・融合。0.078nmのSTEM空間分解能や、高角度試料傾斜、大立体角EDS(エネルギー分散形X線分析装置)を、シングルポールピースで実現しました。リチウムイオン二次電池の開発・製造分野をはじめ幅広いユーザー向けに、サブÅレベルの空間分解能と高分析性能を、より多様な観察・分析手法とともに提供します。