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公開番号2025059823
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-10
出願番号2023170147
出願日2023-09-29
発明の名称分析用セル及びX線回折装置
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類G01N 23/20025 20180101AFI20250403BHJP(測定;試験)
要約【課題】XRDその場分析に使用できる分析用セルを提供する。
【解決手段】X線透過用窓材14は樹脂フィルムを有し、第1の外装体11及び第3の外装体13に挟持される第2の外装体12はOリングを介して3の外装体と接し、第1の外装体は第1の開口21を有し、第2の外装体は第1の開口よりも面積が小さい第2の開口22を有し、第2の開口は第1の開口の内側に位置し、第1の外装体と第2の外装体と第3の外装体とOリングとに囲まれた空間においてX線透過用窓材と積層体と台座とバネとは第2の開口と重なる位置に設けられ、X線透過用窓材は第2の開口の全体を覆うように第2の外装体の空間側の面に固定され、積層体はX線透過用窓材及び台座に挟持され、台座はバネを介して第3の外装体と接し、積層体はX線透過用窓材から台座に向かってリチウム金属負極とセパレータと正極とを順に有し、リチウム金属負極は第2の外装体と接する領域を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１の外装体と、第２の外装体と、第３の外装体と、Ｏリングと、Ｘ線透過用窓材と、積層体と、台座と、バネと、を有する分析用セルであって、
前記Ｘ線透過用窓材は、樹脂フィルムを有し、
前記第１の外装体及び前記第３の外装体に挟持される前記第２の外装体は、前記Ｏリングを介して前記３の外装体と接し、
前記第１の外装体は、第１の開口を有し、
前記第２の外装体は、前記第１の開口よりも面積が小さい第２の開口を有し、
前記第２の開口は、前記第１の開口の内側に位置し、
前記第１の外装体と、前記第２の外装体と、前記第３の外装体と、前記Ｏリングと、に囲まれた空間において、前記Ｘ線透過用窓材と、前記積層体と、前記台座と、前記バネと、は、前記第２の開口と重なる位置に設けられ、
前記Ｘ線透過用窓材は、前記第２の開口の全体を覆うように、前記第２の外装体の前記空間側の面に固定され、
前記積層体は、前記Ｘ線透過用窓材及び前記台座に挟持され、
前記台座は、前記バネを介して前記第３の外装体と接し、
前記積層体は、前記Ｘ線透過用窓材から前記台座に向かって、リチウム金属負極と、セパレータと、正極と、を順に有し、
前記リチウム金属負極は、前記第２の外装体と接する領域を有する、分析用セル。
続きを表示（約 490 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記樹脂フィルムは、ポリイミドを有する、分析用セル。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれか一に記載の分析用セルを有する、Ｘ線回折装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記Ｘ線回折装置は、Ｘ線源と、Ｘ線検出器と、を有し、
前記Ｘ線源から照射されるＸ線は、前記分析用セルの内部で反射し、
反射された前記Ｘ線は、前記Ｘ線検出器で計測され、
前記第２の開口の形状は、前記Ｘ線源と、前記Ｘ線検出器と、を結ぶ方向に長辺を有する長方形である、Ｘ線回折装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記長方形は、短辺が２．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下、且つ、長辺が６．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下の長方形である、Ｘ線回折装置。
【請求項６】
請求項４において、
前記長方形は、短辺が２．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下、且つ、長辺が６．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であり、短辺の１／２の長さを半径とする角部を有する角丸長方形である、Ｘ線回折装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、分析用のセル、分析方法、又は分析用セルの製造方法に関する。または、本発明の一態様は、上記の分析用セルを有するＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－ｒａｙＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置、上記の分析用セルを用いたＸ線回折装置の測定方法、又は上記の分析用セルを用いたＸ線回折装置の作製方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池、全固体電池等、種々の蓄電装置の開発が盛んに行われている。特に高出力、高容量であるリチウムイオン二次電池は半導体産業の発展と併せて急速にその需要が拡大し、充電可能なエネルギーの供給源として現代の情報化社会に不可欠なものとなっている。
【０００３】
なかでもモバイル電子機器向け等のリチウムイオン二次電池では、重量あたりの放電容量が大きく、サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池の需要が高い。これらの需要に応えるため、リチウムイオン二次電池の正極が有する正極活物質の改良が盛んに行われており、正極活物質の結晶構造に関する研究も行われている（特許文献１）。
【０００４】
活物質の結晶構造の分析方法としては、ＸＲＤ、電子線回折、又は中性子回折等の分析方法が知られている。なかでも、ＸＲＤでは、分析対象の活物質を用いて作製した電極を組み込んだセルを、充電しながら又は放電しながら分析する、その場（ｉｎ－Ｓｉｔｕ）分析（オペランド分析とも呼ぶ）が可能であり、ＸＲＤその場分析のための分析用セルの改良も進められている（特許文献２、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１８－１９５５８１
特開２０１９－２８８７
【非特許文献】
【０００６】
Ｇ．Ｇ．Ａｍａｔｕｃｃｉ，Ｊ．Ｍ．Ｔａｒａｓｃｏｎ，Ｌ．Ｃ．Ｋｌｅｉｎ， “ＣｏＯ２，ＴｈｅＥｎｄＭｅｍｂｅｒｏｆｔｈｅＬｉＣｏＯ２ＳｏｌｉｄＳｏｌｕｔｉｏｎ”，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｈｅＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，１４３（３），１１１４，１９９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＸＲＤその場分析のための分析用セルは、ＸＲＤ装置の製造会社などから販売されている分析用セルのほか、特許文献２のように、独自に分析用セルを開発している事例がある。
【０００８】
ＸＲＤその場分析のための分析用セルが有するＸ線透過用窓材に関して、ＸＲＤ装置の製造会社などから販売されている分析用セルでは、ベリリウムを用いる場合が多い。しかしながら、ベリリウムを用いるＸ線透過用窓材は破損し易いうえに、ベリリウムを用いるＸ線透過用窓材は、変質により酸化ベリリウムになった場合に、健康被害の懸念がある。そこで、特許文献２では、ベリリウムを用いないＸ線透過用窓材として、２枚のポリイミド樹脂の間に、アルミニウム箔を挟み、エポキシ樹脂によって互いに貼り合わされて構成されるＸ線透過用窓材が開示されている。
【０００９】
上記の特許文献２の構成において、Ｘ線透過用窓材はアルミニウム箔を含むため、ＸＲＤ測定において、アルミニウムに由来する回折ピークが測定データに含まれることになる。アルミニウムに由来する回折ピークが含まれる測定データでは、コバルト酸リチウム、ニッケル－コバルト－マンガン酸リチウム等の正極活物質の結晶構造の解析に支障がでる場合がある。例えば、アルミニウム箔に由来する（１１１）回折と、コバルト酸リチウムの（００６）回折及び（１０－２）回折とは、何れも２θ＝３８．５°付近に観測される。また、アルミニウム箔の（２００｝回折と、コバルト酸リチウムの（１０４）回折とは、いずれも２θ＝４５．０°付近に観測される。また、アルミニウム箔の（２２０）回折と、コバルト酸リチウムの（１０８）回折とは、いずれも２θ＝６５．０°付近に観測される。そのため、コバルト酸リチウムに由来する微弱な回折ピークを検出しようとする場合に、当該コバルト酸リチウムの回折ピークと、アルミニウム箔の回折ピークとが重なって、解析の障害になることがある。
【００１０】
そのため、コバルト酸リチウム、ニッケル－コバルト－マンガン酸リチウム等の正極活物質の結晶構造の解析に供するＸＲＤ測定データは、アルミニウムに由来する回折ピークを含まないことが好ましい。つまり、コバルト酸リチウム、ニッケル－コバルト－マンガン酸リチウム等の正極活物質の結晶構造のＸＲＤ測定に用いる分析用セルは、Ｘ線透過用窓材にアルミニウムを有さないことが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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