リチウム電池の実験室での研究開発では、電極の準備から電池の組み立て、性能試験まで、プロセスをサポートするための一連の専用機器が必要です。リチウム電池の実験室での研究開発では、電極の準備から電池の組み立て、性能試験まで、プロセスをサポートするための一連の専用機器が必要です。これらの機器の精度と安定性は、研究データの信頼性を直接決定します。これらの機器の精度と安定性は、研究データの信頼性を直接決定します。この記事では、実験室で一般的に使用されているリチウム電池機器に焦点を当て、その機能とアプリケーションロジックを分析します。この記事では、実験室で一般的に使用されているリチウム電池機器に焦点を当て、その機能とアプリケーションロジックを分析します。
I. 電極作製のためのコア機器
電極製造の出発装置として、その核心機能は活物質、導電剤、バインダー、溶媒の均一分散を実現することです。一般的に使用されている実験室用モデルは、有効容積が0.2～3Lで、50～500rpmの無段階回転数調整が可能で、-0.095MPa以下の真空度を備えています。これにより、スラリー中の気泡の残留を防止できます。例えば、三成分系正極スラリーの製造において、この装置は室温から-80℃までの温度を精密に制御することで、NMP溶媒の急速な蒸発を防ぎ、スラリー粘度の安定性を確保し、その後のコーティングの基礎を築きます。
2. 小型研磨ナイフコーティング機
そのコーティング機 混合スラリーを集電体（アルミ箔／銅箔）に均一に塗布する必要があります。実験室用モデルでは、主に研磨ナイフを用いて厚さを調整し、その精度は±5μmです。本装置は1～50mm/sの塗布速度調整が可能で、様々な粘度のスラリーに対応します。例えば、シリコン系負極スラリーを塗布する場合、高粘度によるスラリーの筋状化を防ぎ、電極シートの厚さの均一性を確保するため、速度を5～10mm/sに落とす必要があります。
3. 真空乾燥炉とローラープレス
塗布された電極シートは、溶媒を除去するために乾燥炉で真空乾燥する必要があります。実験室の設備は、温度制御精度±1℃、真空度≤-0.098MPaを備えています。段階的な温度上昇プログラム（例：60℃/2h→80℃/4h）を設定して、電極シートのひび割れを防止できます。乾燥した電極シートは、ローラープレスでプレスする必要があります。実験室の小型ローラープレスの圧力は0〜50kNの範囲で調整でき、ローラーの直径は主に80〜120mmです。圧力を制御することで（例：正極は20〜30kN、負極は15〜20kN）、電極シートの密度を調整でき、電池容量とサイクル性能に影響を与えます。
II. 電池組立・密封装置
1. グローブボックス（不活性ガス保護）
円筒形電池やパウチ型電池の組み立てにおいて、グローブボックスは乾燥した無酸素環境（水分・酸素含有量≤1ppm）を提供し、電極と電解液が空気に触れるのを防ぎます。実験室では、ガス精製システムと真空搬送室を備えたダブルステーション型グローブボックスが一般的に使用されており、電極シートの切断、巻き取り（または積層）、電解液の滴下などの作業に使用されています。例えば、固体電池の組み立てでは、固体電解液が水分を吸収して効果を失うのを防ぐため、全工程をグローブボックス内で行う必要があります。
2. 円筒形電池用シール機
CR2032などの一般的な円筒形電池の場合、実験室のシーリングマシンは油圧式または手動式の圧力方式を採用し、シール圧力は調整可能（通常0.5～2MPa）です。この装置は、電解液の漏洩を防ぐためのシール性能を確保するとともに、過度の圧力による電池ケースの変形を防ぎ、その後の試験に影響を及ぼすことを防ぐ必要があります。
3. 性能試験のための主要機器
1. バッテリーテスター（充放電試験システム）
このコア機器は、電池容量、サイクル寿命、レート特性などのパラメータを試験するために使用されます。実験室モデルは通常、8～32チャンネルを備え、電流範囲は0.001～10A、電圧精度は±0.1mVです。試験中は、定電流定電圧充電（CC-履歴書）や段階的充放電など、複数の充放電モードを設定でき、さまざまな研究ニーズに対応できます。例えば、電池のサイクル特性を試験する場合、1C充放電レートが使用されることが多く、500サイクル後の容量維持率を記録します。
2. 電気化学ワークステーション
主に交流インピーダンス（環境情報システム）やサイクリックボルタンメトリー（履歴書）などの電気化学分析に使用され、電池内の電荷移動抵抗やリチウムイオン拡散係数といった微視的特性を調べます。研究室では、周波数範囲10μHz～1MHz、電流分解能1pAのワークステーションが一般的に使用されています。これらのワークステーションには、円筒形電池やパウチ型電池のin-situ試験を実施するための特殊な治具を装備することができ、電池劣化メカニズムの解析に必要なデータを提供します。
IV. 設備協力と研究価値
実験室におけるリチウム電池設備は、「準備 - 組立 - 試験」という閉ループを形成する必要があります。例えば、スラリー混合機とコーティング機を通して電極シートの品質を管理し、グローブボックス内で組み立てた後、テスターとワークステーションを用いて性能を検証し、その結果に基づいて設備パラメータ（混合時間やコーティング厚さの調整など）を逆順に最適化します。この設備システムは、小規模実験の再現性を保証するだけでなく、新材料（新正極材料、固体電解質など）の応用可能性を迅速に検証し、リチウム電池技術の反復開発に重要なサポートを提供します。
