히타치하이테크는 대기와 반응하기 쉬운 고활성 리튬이온 이차전지 재료의 미세구조를 해석하기 위해 독자적으로 ‘Air Protection System’을 개발했습니다. 벌크시료를 전용 홀더에 탑재하고 Air Protection 상태에서 이온밀링을 사용한 시료가공 및 SEM관찰을 할 수 있습니다. 시료를 전용 홀더에 탑재한 후 Air Protection 상태를 유지하면서 FIB-SEM을 활용하여 박막상태로 가공할 수 있습니다. 또 박막시료 탑재용 Air Protection 홀더로 교체하여 STEM을 통한 관찰・분석을 할 수 있습니다. Air Protection System은 시료를 대기와 접촉시키지 않으면서 광범위한 배율범위로 관찰·분석할 수 있는 환경을 만들어 줍니다.
초고분해능 전계방출형 주사전자현미경
리튬이온 이차전지에 사용하는 탄소재료 및 고분자재료를 연구 개발하는 데 반드시 필요한 초고분해능 주사현미경입니다. 고휘도 COLD FE 전자총과 검출신호 제어기능을 통한 Hight Contrast Image를 높은 분석능으로 제공합니다.
광학계 자동 조정 기능과 데이터 취득 자동화 지원 기능을 옵션으로 탑재하여 대량의 데이터를 자동으로 취득할 수 있습니다.
SEM 화상 취득을 자동 실행하는 소프트웨어인 EM Flow Creator를 활용하여 세퍼레이터를 자동으로 연속 촬영했습니다. 이번에는 배율 5,000배, 30,000배 80,000배로 시야를 변경하며 각 5장씩 총 345매, 3시간 36분에 명료한 SEM 화상을 취득하였습니다. 5,000배의 경우 세퍼레이터의 섬유상 영역의 분포, 30,000배의 경우 세퍼레이터의 섬유상 구조 및 구멍이 교차하며 배치된 상태, 80,000배의 경우 세퍼레이터 표면의 미세 구조를 확인할 수 있습니다.
초고분해능 Schottky 주사전자현미경
리튬이온 이차전지에 사용하는 탄소재료 및 고분자재료를 연구 개발하는 데 반드시 필요한 초고분해능 주사현미경입니다. Schottky FE 전자총을 탑재하여 극저가속 전압 관찰부터 대조사 전류가 필요한 고속 분석까지 광범위한 분석 기법에 활용할 수 있습니다.
광학계 자동 조정 기능과 데이터 취득 자동화 지원 기능을 옵션으로 탑재하여 대량의 데이터를 자동으로 취득할 수 있습니다.
조사 전압 10V로 관찰한 LIB 양극재의 SEM 화상입니다. (a)의 경우 활물질, 도전재, 바인더를 형상 및 콘트라스트를 통하여 명료하게 식별할 수 있습니다. (a)에서 빨간색으로 표시한 영역을 확대 관찰한 (b)의 경우, 도전재와 활물질이 바인더를 사이에 두고 결착한 모습이나, 활물질 표면에 얇게 부착된 바인더 찌꺼기를 자세히 확인할 수 있습니다. 정전계 자계 중첩형 대물렌즈를 채용한 SU8700을 활용하면 극저가속에 의한 최표면 관찰도 용이해집니다.
이온밀링장치
ArBlade 5000은 단면 밀링과 평면 밀링에 모두 대응하는 하이브리드 이온밀링 기능을 장착한 히타치하이테크의 최상위 기종입니다. 리튬이온 이차전지의 양극재 및 음극재 등을 평가하기 위해 필요한 시료 제작 기능을 모두 탑재하였습니다. Air Protection 단면 밀링 홀더는 대기 중의 산소 및 수분과 반응하면 형상이 크게 변해버리는 리튬이온 이차전지 재료를 위해 개발되었습니다. 시료를 대기와 접촉시키지 않고 이온밀링 가공한 후, SEM 관찰을 할 수 있습니다. 이온빔에 의한 변질 우려가 있는 리튬이온 이차전지 재료의 시료를 제작하기 위하여 냉각온도 조정기능(옵션)을 장착하였습니다.
분위기 차단 단면 밀링 기능으로 가공한 리튬이온 이차전지 음극재의 SEM 화상 (a)와 분위기 차단 효과를 확인하기 위하여 가공한 시료를 약 15분간 대기에 노출시킨 후 측정한 SEM 화상 (b)입니다. (a)는 흑연 입자의 구조를 확인할 수 있으나, (b)는 대기 중 수분이나 산소와 접촉하여 반응생성물로 뒤덮여있습니다. 이를 통해 분위기 차단 밀링 홀더의 효과를 확인할 수 있습니다.
실시간 3D Analytical FIB-SEM 장비
NX9000은 SEM과 FIB을 직각으로 배치함으로써 3차원 구조 해석에 최적화된 시스템입니다. 고정밀도 가공/관찰을 반복하며 시료의 미세구조를 3차원으로 파악할 수 있습니다. 전극 등 각 입자의 분포 등을 입체적으로 해석할 수 있습니다.
샘플링하는 미세 시료편의 표준 크기는 10μm(가로)×3µm(세로)×10µｍ(높이) 정도입니다. 샘플링은 고진공 상태인 FIB-SEM 시료실내에서 FIB와 SEM로 관찰하며 실시합니다.
FIB-SEM으로 시료를 이동시키는데 사용하는 박막시료 탑재용 Air Protection 홀더는 시료 홀더 선단부의 차단 실린더를 슬라이딩하게 만들어 시료 탑재부를 불활성 가스나 진공분위기로 유지할 수 있습니다. 또 액체질소를 사용한 냉각대응타입도 구비되어 있습니다. 시료 가공 중 발생하는 열데미지를 줄여줍니다.
전계방출형 투과전자현미경
투과전자현미경으로 축적한 기술력을 집약·융합시켰습니다. 0.078nm의 STEM 공간분해능, 고각도 시료경사, 대입체각 EDS(에너지 분산형 X선 분석장치）를 싱글 폴피스로 구현했습니다. 리튬이온 이차전지 개발·제조분야를 비롯하여 폭넒은 분야의 사용자를 대상으로 한 서브 Å레벨의 공간분해능과 고분석성능을 더 다양한 관찰·분석 방법과 함께 제공합니다.
형성된 전고체전지 시료를 FIB-SEM으로 박막 가공하고 분위기 차단 및 현장 관찰 시스템을 활용하여 대기 중 열화 과정을 해석했습니다. (In-situ 관찰)
