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リチウムイオン電池用
電気化学試験機器
リチウムイオン電池用電気化学試験機器
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EL-CELL 社は、バッテリー電極製造および試験のために科学者や専門家に研究室で使用する
電気化学試験用機器を提供します。
専用工具
試験セル
膨張計
消耗品
ｼｽﾃﾑｱｯﾌﾟ例
アクセサリー
電気化学膨張計
ECD-2-DL ミクロン膨張計
ECD-2-DL は、サブミクロンメートルの範囲まで、電極の充電で引
き起こされた変形（膨張と収縮）を測定する研究用の測定器です。こ
の膨張計は、リチウムイオン電池や他の挿入タイプ電極の研究のため
に特に開発され、水系の電解液と同様に有機電解液でも使用できます。
ECD-2-DL は、この分野の 10 年を越える経験の成果です。
高分解能の LVDT 変位変換器は、数秒間から長期間継続する一回か
つ同一の実験に渡る電極の寸法変化を 50 nm から 500 μm までの範囲
で検出します。試料の電極電位は、作用電極のすぐ近くに位置する参
照電極に対してコントロールできます。単純な分銅が、作用電極にか
かる荷重を調節する役目をしています。
ECD-2-DL には、電極電位、セル電流および温度と共に変位信号を
記録するデータロガーが付属しています。また、変位信号および温度
は付属のコントロールユニットのアナログ信号出力コネクターから出
力されており、市販の電気化学ワークステーションやバッテリーテス
ターのソフトウエアに連続的に保存できます。
測定原理図
ECD の心臓部は、周囲の大気に対して影響を受けない密閉構造の電
気化学試験セルです。内部の 2 個の電極は、その位置に固定される堅
いガラスフリットによって分離されます。上部の作用電極は薄い金属
薄膜で密封され、それを通して、トップから取り付けられたセンサー・
荷重ユニットへ充電で引き起こされた高さの変化が伝達されます。
ECD-nano-DL ナノ膨張計
ECD-nano-DL は、真のナノメートルの範囲の分解能を備えた新開発
の電気化学膨張計です。センサー・荷重ユニットを除いて、ECD-2-DL
と完全な互換性があります。新製品の ECD-nano-DL は、平行プレート
式電気容量センサーを使用しており、5 nm 以下（ECD-2-DL の分解能
は 50 nm）の非常に高い分解能が得られます。そのため、電気化学膨
張計測の新しい分野の応用を開きます。例えば、リチウムイオン電池
の SEI 形成のような 2 次元の電極プロセスや金属表面上への不動態層
の電気化学的成長は、将来の膨張計測研究の対象となる可能性があり
ます。
ECD-2-DL と同様に、ECD-nano-DL はアナログ信号出力を備えてお
り、市販の電気化学ワークステーションやバッテリーテスターのソフ
トウエアに連続的に保存できます。
■ 膨張計本体の仕様
Model
ECD-2-DL
ECD-nano-DL
● 変位センサー
LVDT センサー
電気容量センサー
● 測定範囲
500 μm
250 μm
● 分解能
50 nm
300 Hz および 10 Hz
5 nm
<200 nm/時
<40 nm/時
-10～+10 V
-10～+10 V
● バンド幅
● ドリフト（試料無し,
恒温条件下 25℃±0.1℃）
● DC 出力電圧
● 寸法（高 x 幅 x 奥行）
結着電極、単結晶・結晶粒、バインダーフリーパウダー
直径：<10 mm、厚さ：<1 mm
0.3 N 又は 1.0 N
1.0 N 固定
非プロトン性有機電解質（水性電解質はオプション）
非プロトン性用：316L、PEEK、EPDM
水性用（ｵﾌﾟｼｮﾝ）：Au、PEEK、EPDM
<2 ml
-20～70℃
2 電極、3 電極（参照電極付）
230×100×110 mm
230×100×110 mm
● 重量
約 1.5 kg
● 試料
● 試料への荷重
● 化学的適合性
● 接液材質
● セル電解液容量
● 操作温度範囲
● 電極の構成
約 2.5 kg
電気化学試験セル
●上部
プランジャー
PAT-Core 試験セルコア
市販のリチウムイオン電池部材の使用による 2 極・3 極試
●絶縁スリーブ
●下部
プランジャー
験セル用コア
PAT-Core は、PAT-Cell ならびに ECC-PAT-Core 試験セルにフィット
し、そして、幾つかの素材（下表を参照）を選択できます。PAT-Core
はまた、
「ECC 用 PAT アップグレードキット」によって ECC-Std、
ECC-Ref および ECC-Combi 試験セルでも使用可能です。
PAT-Cell 2・3 極薄膜セパレーター用試験セル
■ リチウムイオン電池材料の特性試験の効率化に最適
PAT-Cell は、PAT-Core 専用のリード線の無いハウジングです。その
小さな設置面積は効率的な試験の実施に理想的です。PAT-Cell を使用
するには PAT-Tray が必要です。
PAT-Cell 専用付属品
PAT-Tray PAT-Cell 用ドッキングステーション
PAT-Tray は、4 個×4 列＝16 個までの PAT-Cell を収納可能なドッキ
ングステーションで、マルチチャンネルポテンショスタット（Biologic
社製 MPG-2 や VMP300 など）またはバッテリテスター（Maccor 4000
など）に接続して使用します。ハーフセル電圧を含む全てのセル信号
を内蔵のデータロガーに記録できます。
ECC-PAT-Core 2・3 極薄膜セパレーター用試験セル
■
■
ハーフセルで長期測定可能（>1,000 時間）
市販のリチウムイオン電池材料のみ使用
新しい ECC-PAT-Core は、長間に渡る非プロトン性リチウムイオン
電池材料の正確な電気化学特性の測定に最適な試験セルです。新しい
参照電極により、1,000 時間以上の長期測定が可能です。それはリチウ
ム金属リングと Cellgard 2325 ポリオレフィンセパレーターから構成
され、1 回使用のポリプロピレン製絶縁スリーブの中に工場で組み込ま
れています。
ECC-PAT-Core は、構成部品全てに市販のリチウムイオン電池（ポ
ーチセルや 18650 セルなど）とほぼ同一の材料を使用しており（集電
体は純粋なアルミニウムおよび銅、セパレーターはポリオレフィン）、
その大きな特徴は非常に信頼できる参照電極を内蔵している点です。
ECC-Std 2 電極非プロトン性用セル
電気化学試験セル ECC-Std は、2 電極構造の非プロトン性のバッテ
リーおよびコンデンサー・システムの特性を試験するためのセルです。
主用途は、リチウム金属対電極に対するリチウムイオン電池の電極（陽
極または陰極）の特性試験です。改装キットにより参照電極と一緒に
ECC-Std セルを使用できますので、ECC-Std を ECC-Ref 試験セルに変
換できます。電解液と接触するセル部分はステンレス 316L と PEEK
で作られており、リチウムイオン電池および非プロトン性のスーパー
コンデンサー技術の中で使用される一般的な非プロトン性の有機電解
液すべてに耐えることができます。さらに、電流コレクターは、
316L(1.4404)、金およびタンタルのような他の多くの金属を利用可能
です。
ECC-Ref 3 電極非プロトン性用セル
ECC-Ref は、3 電極構造の非プロトン性のバッテリーおよびコンデ
ンサー・システムの特性を試験するためのセルです。主用途は、リチ
ウム金属参照電極を備えたフルリチウムイオン電池電極（例えば、黒
鉛陰極およびリチウム金属酸化膜陽極）の特性試験です。改装キット
により ECC-Ref セルを 2 電極構造で使用できますので、ECC-Ref を
ECC-Std 試験セルに変換できます。
電解液と接触するセル部分はチタンと PEEK で作られており、リチ
ウムイオン電池および非プロトン性のスーパーコンデンサー技術の中
で使用される一般的な非プロトン性の有機電解液すべてに耐えること
ができます。さらに、電流コレクターは、316L(1.4404)、金およびタ
ンタルのような他の多くの金属を利用可能です。
ECC-Combi 2 電極・3 電極非プロトン性用セル
ECC-Std と ECC-Ref を一緒にしたセルです。
ECC-Combi = ECC-Std + Ref-Kit = ECC-Ref + STD-Kit
ECC-Aqu 水性用セル
ECC-Aqu は、水性のバッテリーおよびコンデンサー・システムの特
性を試験するためのセルです。セルには、参照電極アッセンブリーが
組み込まれています。電解液と接触するセル部分は金と PEEK で作ら
れており、硫酸（50%以内の濃度）あるいは水酸化カリウムのような
一般的な水性の電解液すべてに耐えることができます。タンタルまた
はプラチナのような他の材質もまた利用できます。さらに、ECC-Aqu
セルは水系のために元々開発されましたが、広く用いられている
TEABF4/アセトニトリルに基づいたスーパーコンデンサー電解液のよ
うな多くの非プロトン性電解液でも使用できます。この特定用途では、
金の電流コレクターとスーパーコンデンサー電極の間の余分な通常の
低い接触抵抗は、アルミニウムまたはチタンの電流コレクターをしの
ぐまぎれもない有利さになります。金の電流コレクターがリチウム金
属と接触しないように注意してください。
ECC-Air リチウム空気電池用セル
ECC-Air は、例えばリチウム空気電池のようなガス拡散電極の電気
化学特性を試験するためのセルです。基本的にセルは、セル下部の対
電極（例えば、リチウム金属）
、セル上部のガス拡散電極、そして、そ
の間のセパレーターから構成されます。上部のガス拡散型電極は、そ
の上に配置した穴のあるステンレス鋼電流コレクターと接触し、穴を
通して気体に暴露されます。セルのふた部にはガスの流入口と流出口
があり、圧縮ガスはガス拡散型電極の背面伝いにサイホンを通して流
れます。また、参照電極を含む設計になっており、セパレーターのエ
ッジに接するようになっています。
ECC-Air-Ni 亜鉛空気電池用セル
この試験セルは、水性アルカリ性電解質でガス拡散電極の電気化学
特性を試験するためのセルです。
ECC-Air-Ni は、集電体ピストン（ステンレス鋼の代わりにニッケル）
およびセルベース（ステンレス鋼の代わりに PEEK ポリマー）に使用
される材料を除いて、ECC-Air と同一です。組立素材の適当な選択に
より、セルは、例えば亜鉛空気電池で使用される水性アルカリ性電解
質（KOH を元にした）を使用できます。
基本的にセルは、セル下部の対電極、セル上部のガス拡散電極、そ
して、その間のセパレーターから構成されます。上部のガス拡散型電
極は、その上に配置した穴のあるニッケル電流コレクターと接触し、
穴を通して気体に暴露されます。セルのふた部にはガスの流入口と流
出口があり、圧縮ガスはガス拡散型電極の背面伝いにサイホンを通し
て流れます。また、参照電極を含む設計になっており、セパレーター
のエッジに接するようになっています。
ECC-DEMS in-situ ガス分析用セル
この新しい試験セルは、非プロトン性のリチウム・空気システムや
通常のリチウムイオンシステムにおける in-situ ガス分析を行えるセル
です。セルは、常に不活性ガスの穏やかな流れでパージされるらせん
状の流れ場を持つ電流コレクターを備えています。例えば、質量分析
装置によって発生ガスの組成が分析されます。ECC-DEMS 試験セル
は、定量的な時間分解分析に必須であるパージガスのほぼ完璧なプラ
グインフローを提供しています。
ECC-Press-DL 放出ガス圧力測定用セル
電気化学試験セル ECC-Press は、電気化学サイクルの間に蓄積され
た圧力を測定するためのセルです。また、デッドボリュームの小さい
サンプリングポート・バルブを介して、放出ガスをセルの頭隙から採
取できます。セルのハードウエアは、ECC-Std および ECC-Ref 試験セ
ルを基にしており、参照電極付または、参照電極無しで使用できます。
■ 仕様
・圧力測定範囲：0～2.5 bar （オプション：0～4 bar、0～10 bar）
・ﾃﾞｯﾄﾞﾎﾞﾘｭｰﾑ：3.5 ml
・電極の直径：18 mm
・電解質量：最少 0.1 ml
・寸法：90×80×240 (高×幅×奥行) mm
・重量：約 900 g
ECC-Press-Air-DL 拡散電極ガス消費量測定用セル
ECC-Press-Air は、特にリチウム空気電池のようなガス拡散電極の電
気化学特性を試験するためのセルです。取付けられた圧力センサーは、
フロースルーセットアップや密閉加圧セットアップでも内部の圧力を
モニターします。ECC-Press-Air は ECC-Press と ECC-Air 試験セルの
すべての特徴を統合しています。また、デッドボリュームの小さいサ
ンプリングポート・バルブを介して、放出ガスをセルの頭隙から採取
できます。セルのハードウエアは、ECC-Std および ECC-Ref 試験セル
を基にしており、参照電極付または、参照電極無しで使用できます。
ECC-Press-Aqu-DL 放出ガス圧力測定用セル
電気化学試験セル ECC-Press-Aqu は、電気化学サイクルの間に水性
電解液（中性、アルカリ性や酸性）中に蓄積された圧力を測定するた
めのセルであり、電解液と接液する材質を除いては非プロトン性の
ECC-Press と同一です。水性バージョンのために、セルベースおよび
WE ピストンは PEEK ポリマー製で、また電流コレクターと参照電極
ピンは金製です。プラチナ、ニッケル、銀などのその他の材質もご要
望に応じて作製できます。また、サンプリングバルブポートを介して、
放出ガスをセルの頭隙から採取できます。参照電極付または、参照電
極無しで使用できます。
ECC-Press-Aqu には、外部ポテンショスタットへ簡単に接続するた
めのコントローラーボックスが付属しています。セル内圧力およびセ
ル設置環境温度の両方のアナログ出力が外部機器による連続的な収集
のために付属しています。オプションとして、実験時の全ての関連す
る信号、セル圧力、温度、セル電位およびセル電流を、USB データロ
ガー（DL オプション）で記録できます。
ECC-Press-Air-Aqu-DL 放出ガス圧力測定用セル
電気化学試験セル ECC-Press-Air-Aqu は、特に亜鉛空気電池のよう
なアルカリ水性電解液中のガス拡散電極の電気化学特性を試験するた
めのセルです。取付けられた圧力センサーは、フロースルーセットア
ップや密閉加圧セットアップでも内部の圧力をモニターします。この
セルは ECC-Press-Aqu と ECC-Press-Air 試験セルのすべての特徴を統
合しています。また、デッドボリュームの小さいサンプリングポート・
バルブを介して、放出ガスをセルの頭隙から採取できます。セルのハ
ードウエアは、ECC-Aqu 試験セルを基にしており、参照電極付または、
参照電極無しで使用できます。
ECC-Press-Air-Aqu には、外部ポテンショスタットへ簡単に接続す
るためのコントローラーボックスが付属しています。セル内圧力およ
びセル設置環境温度の両方のアナログ出力が外部機器による連続的な
収集のために付属しています。オプションとして、実験時の全ての関
連する信号、セル圧力、温度、セル電位およびセル電流を、USB デー
タロガー（DL オプション）で記録できます。
ECC-Opto-Std 光学観測用セル
ECC-Opto-Std は、電気化学的充電過程における電極材料の光学的特
性をモニターするための試験セルです。この目的にために、作用電極
（WE）材料は、光学ウインドウの真下に配置され、穴の開いた電流コ
レクターフォイルと接触します。この WE は、ガラスファイバーセパ
レーターと適当な対電極で下から押さえ込まれます。その結果、光学
観察装置は、WE 材料の背面上のガラスウインドウを通して上部から
観測されます。通常使用する観測装置は、反射モードを用いる光学顕
微鏡または共焦点ラマン分光装置です。作用電極の最大直径は 10 mm
です。また、観測ホールの直径は通常 1 mm です。セルには、3 電極操
作のための参照電極が付いています。
ECC-Opto-SBS 光学観測用セル
ECC-Opto-SBS は、ちょうど ECC-Opto と同じように電極を反射モ
ードでその場観察できます。
ECC-Opto-SBS の特徴は、ECC-Opto の従来のサンドイッチ配置（向
かい合うような）と対照的に、電極の直立配置です（電極表面を上か
ら観察できるように）
。このセルの考案および特別な利点については、
S. J. Harris, A. Timmons, D. R. Baker, C. Monroe, “Direct in situ
measurements of Li transport in Li-ion battery negative
electrodes,”Chem. Phys. Letters”485, 265 (2010)をご参照ください。
専用工具
EL-Cut 高精度電極カッター
電気化学試験の精度および再現性は、材質の選択だけでなく単純な
幾何学的・機械的パラメーターにも依存します。時々無視される 1 つ
の要因は電極の適切な切断です。引き裂かれ削られた電極エッジは、
肉眼で見られなかった時さえ、必然的に電流の不均一性を引き起こし、
たぶん実験結果に影響します。特に、サイクル寿命およびインピーダ
ンスの測定結果は、そのような加工品で好ましくない傾向があります。
単に 1 点のパンチ力での従来のパンチング（絞り加工）によりカッ
トされた電極は、エッジが引き裂かれ平らではありません。それに比
べて、EL-CUT での電極カットは、3 点の激しい力と数ミクロンのカッ
ティングクリアランスでツールの中で作製されます。この高精度カッ
ティングプロセスによって、引き裂かれたあるいは削られたエッジの
ないほとんど完全に平らな清潔な切断面を備えた電極が得られます。
ECC-Load 参照電極充填器
リチウム金属(あるいは他の可塑性の参照材料)を REF スリーブに充
填するための簡便なツールです。
ECC-CellLoad 2 極セル組立治具（薄膜セパレーター用）
■ 簡単な操作で対電極と作用電極の正確な中心出しが可能
Celgard のような薄膜のセパレーターを使ってフルセルを組立てる
ときに、電極よりも大きなセパレーターを挟んで二枚の電極の同心性
を維持して組立てることは、電気化学的性能や耐用年数に関わる重要
なことです。
ECC-LiPunch リチウム金属箔用ポンチ
試験セルで使用するために、リチウムディスクをスムーズに打抜く
ためのツールです。
アクセサリー
ECC-Stand 5 試験セルドッキングステーション
ドッキングステーション ECC-Stand は、ECC シリーズの 5 個まで
の試験セルを収納できます。手での単純な移動によって、試験セルは
ターミナルボックスを経由して、バッテリーテスターやマルチチャン
ネルポテンショスタットに接続されます。トグルスイッチによって、2
電極および 3 電極の操作を切換できます。ECC-Stand は、テスターの
定められたチャンネルとスタンド内部のそれに対応するセル位置間を
恒久的に接続しますので、多数の試験セルを並列に操作する場合によ
くある配線トラブルや失敗のリスクを防ぐのに役立ちます。
ECC-Stand は、壁に掛けるか、あるいは温度調節チャンバー内に置
くか、単に、卓上に設置できます。
ECC-StopRail EL-Cut 用照準器
■ 高価な電極を無駄なく利用できます。
貴重な電極材料を節約するために、
高精度電極カッター EL-Cut に取
り付けて使用します。ECC-StopRail の十字線を目印にして、電極シー
トの裁断場所を正確に位置合わせできます。電極シートを効果的に利
用でき、裁断プロセスをスピードアップできます。
消耗品
システムアップ
システムセットアップ例：ECD-2-DL ミクロン膨張計
温度調節チャンバーおよびポテンショスタットを含むその他の構成、並列のセットアップを含むニーズ
およびご予算に応じて、他の多くの解決策を提供できますので、ご連絡ください。
受託試験項目
■ 電極の製造（スラリー調製、鋳造、乾燥、打ち抜き）や
電解液の分析
■ハーフセルやフルセルのサイクル寿命試験やインピーダ
ンス試験
■評価のためのラウンドロビンテスト
■ E CC 試験セルによる材料の試験
・ ECD 膨張計（充電による電極の膨張）
・ ECC-Press（ガス発生）
・ ECC-Opto（光学的観測）
・ ECC-Opto-SBS（電極表面の光学的観測）
■リチウムイオン電池製造や特性試験のスピードアップの
ための個別トレーニングや実演セミナー
セミナーのご案内
セミナーは、実用的な側面に焦点を当てて、リチウムイ
オン電池材料の電気化学的特性の評価に関する見識を深め
る内容になっており、粉末から電極の製造工程（スラリー
調製、鋳造、乾燥、打ち抜き）
、試験セルの組立（ハーフセ
ル、フルセル）
、そして、最終的な電気化学試験（定電流サ
イクル、ボルタンメトリー、インピーダンス）の全ての作
業ステージを経験していただけます。詳細についてはお問
合せください。
■ 内容：セミナー1「基本的な電池研究方法」
セミナー2「最新の電池研究方法」
■ 場所：EL-Cell 社（ドイツ、ハンブルグ市）
■ 期間：2 日間
■ 日程：EL-Cell 社ホームページをご参照ください。
■ 参考文献リスト
■ダウンロード可能な文献
Dilatometric study of lithium intercalation into graphite
download [PDF] – (42 kb)
Activated carbons for supercapacitors. The impact of charge-induced strain on life time and performance
issues.
download [PDF] – (214 kb)
In-situ Height Change Measurements during Potential Cycling of Layered Ruthenic Acid
download [PDF] – (1142 kb)
■専門雑誌
A dilatometric study of the voltage limitation of carbonaceous electrodes in aprotic EDLC type electrolytes by
charge-induced strain.
M. Hahn, O. Barbieri, R. Gallay, R. Koetz ,
Carbon 44 (12) (2006) 2523
Carbon based double layer capacitors with aprotic electrolyte solutions: The possible role of intercalation /
insertion processes.
M. Hahn, O. Barbieri, F.P. Campana, R. Koetz, R. Gallay,
Appl. Phys. A 82 (2006) 633-638
Charge-induced dimensional changes in electrochemical double layer capacitors.
M. Hahn, O. Barbieri, F. Campana, R. Gallay and R. Koetz,
Proceedings of The 14th International Seminar on Double Layer Capacitors and Hybrid Energy Storage
Devices, Dec 6-8, 2004, Deerfield Beach, USA, pp 40-48
A high resolution dilatometer for in situ studies of the electrointercalation of layered materials.
W. Biberacher, A. Lerf, J. O. Besenhard, H. Moehwald and T. Butz,
Materials Research Bulletin 17 (1982) 1385-1392
In-situ measurement of the thickness changes associated with cycling of prismatic lithium ion batteries based
on LiMn2O4 and LiCoO2.
J. Barker, Electrochimica Acta 45 (1999) 235
In Situ Measurements of the Thickness Changes for a Lithium Rechargeable Cell Based on a V6013
Composite Electrode during Lithium Insertion and Extraction.
J. Barker, O-K. Chang, R. Koksbang,
J. Electrochem. Soc. 142 (1995) 3246
Adsorbate effects on the surface stress–charge response of platinum electrodes.
R.N. Viswanath, D. Kramer, J. Weissmüller,
Electrochimica Acta 53 (2008) 2757
Solid-State NMR and Electrochemical Dilatometry Study on Li+ Uptake/Extraction Mechanism in SiO
Electrode.
T. Kim, S. Park, S. M. Oh,
J. Electrochem. Soc. 154 (2007) A1112
Electrochemical Dilatometry Study on Si-Embedded Carbon Nanotube Powder Electrodes.
S. Park, T. Kim, S. M. Oh,
Electrochem. Solid-State Lett. 10 (2007) A142
A Dilatometric Study of Lithium Intercalation into Powder-Type Graphite Electrodes.
M. Hahn, H. Buqa, P. W. Ruch, D. Goers, M. E. Spahr, J. Ufheil, P. Novák, and R. Kötz,
Electrochem. Solid-State Lett. 11 (2008) A151
Electrochemical Activation of Expanded Graphite Electrode for Electrochemical Capacitor.
B. H. Ka and S. M. Oh,
J. Electrochem. Soc. 155 (2008) A685
Lithium Rechargeable Batteries as Electromechanical Actuators.
T. E. Chin, U. Rhyner, Y. Koyama, S. R. Hall, and Y-M. Chiang,
Electrochem. Solid-State Lett. 9 (2006) A134
Sign-inverted surface stress-charge response in nanoporous gold.
H-J. Jin, S. Parida, D. Kramer, J. Weissmüller,
Surface Science 602 (2008) 3588
Carbon Nanotube Actuators.
R. H. Baughman, C. Cui, A. A. Zakhidov, Z. Iqbal, J. N. Barisci, G. M. Spinks, G. G. Wallace, A. Mazzoldi, D.
De Rossi, A. G. Rinzler, O. Jaschinski, S. Roth, M. Kertesz.
Science 284 (1999) 1340
Fuel-powered artificial muscles.
V. H. Ebron, Z. Yang, D. J. Seyer, M. E. Kozlov, J. Oh, H. Xie, J. Razal, L. J. Hall, J. P. Ferraris, A. G.
MacDiarmid, et al.,
Science 311 (2006) 1580

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