iPhone用リチウムイオン二次電池の解体レポート
今回、東洋システム株式会社様の協力を得て、iPhone6、iPhone7、そしてiPhone8に搭載されているLiBを分解、分析し、部材や設計特性を明らかにした。採用されている部材自体はその他の民生小型機器向けで使用されているものと大きな違いはなく、一般的なものではあったが、電池設計においては幾つかの特徴的な差異が認められた。本調査レポートの分析結果が、今後の民生小型用LiB、ひいては車載用LiBの開発において一助となればと思い、本調査レポートの企画に至った。
※紙媒体で資料をご利用される場合は、書籍版とのセット購入をご検討ください。書籍版が無い【PDF商品のみ】取り扱いの調査資料もございますので、何卒ご了承ください。
調査資料詳細データ
調査目的：近年スマートフォンの発火事故が報じられている中で（例えば2016 年末に報じられたGalaxy Note 7 の発火事故）、スマートフォンに搭載されているLiB のエネルギー密度・仕様・材料がどの様に推移してきているか確認することを目的とした。
調査対象：2014年～2017年に発売された下記3 つのLiB について解体・分析を実施した。LiBはオンラインショップから購入した。
iPhone 6（2014年9月発売）用LiB
iPhone 7（2016年9月発売）用LiB
iPhone 8（2017年9月発売）用LiB
調査期間：2018年2月～2018年9月
- iPhoneで採用されているLiBの部材、設計特性が分かる。
- iPhone6から8に至る設計の変化が分かる。
- iPhone全体の設計思想が分かる。
第1章 iPhone用LiBの解体調査結果
第2章 iPhone用LiBの解体調査結果（各セル毎の詳細）
調査結果のポイント
第1章 iPhone用LiBの解体調査結果
1.エネルギー密度の推移
iPhone用LiBの高エネルギー密度化は進む
正極の高密度化と負極余裕度の圧縮
（表・図）iPhone用LiBエネルギー密度の推移
（写真）iPhone用のLiB外観
2.定格容量及び放電レート特性
表示値通りの定格容量を確認
スマートフォン用の電流範囲では充分なレート特性
2-1.定格容量
（表）iPhone用LiBエネルギー密度の推移 実測値
（図）iPhone用LiBの充放電カーブ0.2C放電
2-2.放電レート特性
（表・図）iPhone用LIBの放電レート特性
（図）iPhone用LiBの放電カーブ 放電レート毎
3.セル構造・仕様
電極積層構造、電極材料種に違いは見られず
正極合材密度及び負極余裕度に差異あり
3-1.セル仕様比較
（表）iPhone用LiBのセル仕様一覧
3-2.電極積層構造
（図）iPhone用LiBの電極積層構造
（図）iPhone用LiB 捲回プロセスの推測
3-3.X線CTによる非破壊観察
（図）iPhone用LiBのX線CT像
4.正極
バイモルダルなLCOを使用した高密度正極
LCOへのMg、Tiドープを確認
4-1.正極仕様
（表）正極仕様一覧
（図）正極模式図
（図）正極表面のSEM像・EDX観察
（図）正極断面のSEM像・EDX観察
4-2.19F-NMR測定によるバインダー種の定性
（表・図）正極の19F-NMR測定
5.負極
活物質内に空隙が見られる塊状黒鉛
合材組成・合材密度ともスマートフォン向けLiBとして一般的
5-1.負極仕様
（表）負極仕様一覧
（図）負極模式図
（図）負極表面のSEM像・EDX観察
（図）負極断面のSEM像・EDX観察
6.電解液
EC、PCをベースとした電解液
低温特性改善のためにプロピオン酸プロピルを併用か
6-1.電解仕様
（表）電解液仕様一覧
7.セパレータ
絶縁膜塗工のセパレータ
両面塗工により発火リスクを軽減
7-1.セパレータ仕様
（表）セパレータ仕様一覧
（図）セパレータ表面のSEM像・EDX観察
（図）セパレータ断面のSEM像
（図）セパレータのFT-IR測定
（表）セパレータの熱分解GCMS測定
第2章 iPhone用LiBの解体調査結果（各セル毎の詳細）
1.iPhone6用LiBの解体調査
1-1.電池解体
（写真）iPhone6用LiBの外観
（写真）電極外観
1-2.電極構造観察
（図）電極積層構造の模式図
（図）捲回プロセスの推測
1-3.正極寸法及び目付測定
（図・表）正極寸法及び目付
1-4.正極の表面観察
（図）正極表面のSEM像・EDX測定
1-5.負極寸法及び目付測定
（図・表）負極寸法及び目付
1-6.負極の表面観察
（図）負極表面のSEM像・EDX測定
1-7.負極の組成分析
1-7-1.ICP測定による増粘剤種の確認
（表）負極のICP測定
1-8.電解液の組成分析（溶媒・添加剤・溶質）
（表）電解液のGCMS測定
（表）電解液のIC測定
1-9.セパレータの寸法測定
（表）セパレータ寸法
1-10.セパレータの表面観察
（図）セパレータ表面のSEM像・EDX測定
2.iPhone7用LiBの解体調査
2-1.X線CTによる非破壊観察
（写真）X線CTによる観察箇所
（写真）iPhone7用LiBのX線CT像
2-2.電池解体
（写真）iPhone7用LiBの3面写真
（写真）電池解体時の様子
（写真）電極外観
2-3.電極構造観察
（図）電極積層構造の模式図
（図）捲回プロセスの推測
2-4.正極寸法及び目付・密度測定
（図・表）正極寸法及び目付・合材密度
2-5.正極の表面・断面観察
（図）正極表面のSEM像・EDX測定
（図）正極断面のSEM像・EDX測定
2-6.正極の組成分析
2-6-1.ICP発光分析による正極活物質組成分析
（表）正極のICP測定
2-6-2.19F-NMR測定によるバインダー種の定性
（図）バインダーの19F-NMR測定
2-6-3.酸素燃焼法/IC測定によるPVdF量の推定
（表）バインダーの酸素燃焼/F測定
2-6-4.CHN元素分析法による導電助剤量の推定
（表）バインダー・導電助剤のCHN元素分析
（表）合材中導電助剤量の計算
2-6-5.正極組成まとめ
（表）正極組成まとめ
2-7.負極寸法及び目付・密度測定
（図・表）負極寸法及び目付・合材密度
2-8.負極の表面・断面観察
（図）負極表面のSEM像・EDX測定
（図）負極断面のSEM像・EDX測定
2-9.負極の組成分析
2-9-1.XRD測定による負極活物質の定性
（図）負極のXRD測定
2-9-2.熱分解GCMS測定によるバインダー種の推定
（図・表）バインダーの熱分解GCMS測定
2-9-3.ICP測定による増粘剤種の確認
（表）負極のICP測定
2-9-4.TG-DTA測定によるSBR・CMC-Na量の推定
（図・表）負極のTG-DTA測定
2-9-5.IC測定によるCMC-Na量/SBR量の推定
（表）負極のIC測定
2-9-6.負極組成まとめ
（表）負極組成まとめ
2-10.電解液の組成分析（溶媒・添加剤・溶質）
（表）電解液のGCMS測定
（表）電解液のIC測定
2-11.セパレータの寸法測定
（表）セパレータの寸法
2-12.セパレータの表面・断面観察
（図）セパレータ表面のSEM像・EDX測定
（図）セパレータ断面のSEM像
2-13.セパレータの材質分析
2-13-1.FT-IR測定によるセパレータ材質の定性
（図）セパレータのFT-IR測定
2-13-2.熱分解GCMS測定による塗工層成分の推定
（図・表）セパレータの熱分解GCMS測定
3.iPhone8用LiBの解体調査
3-1.X線CTによる非破壊観察
（写真）X線CTによる観察箇所
（写真）iPhone8用LiBのX線CT像
3-2.電池解体
（写真）iPhone8用LiBの3面写真
（写真）電池解体時の様子
（写真）電極外観
3-3.電極構造観察
（図）電極積層構造の模式図
（図）捲回プロセスの推測
3-4.正極寸法及び目付・密度測定
（図・表）正極寸法及び目付・合材密度
3-5.正極の表面・断面観察
（図）正極表面のSEM像・EDX測定
（図）正極断面のSEM像・EDX測定
3-6.正極の組成分析
3-6-1.ICP発光分析による正極活物質組成分析
（表）正極のICP測定
3-6-2.19F-NMR測定によるバインダー種の定性
（図）バインダーの19F-NMR測定
3-6-3.酸素燃焼法/IC測定によるPVdF量の推定
（表）バインダーの酸素燃焼/F測定
3-6-4.CHN元素分析法によるNBR量・カーボン量の推定
（表）バインダー・導電助剤のCHN元素分析
3-6-5.正極組成まとめ
（表）正極組成まとめ
3-7.負極寸法及び目付・密度測定
（図・表）負極寸法及び目付・合材密度
3-8.負極の表面・断面観察
（図）負極表面のSEM像・EDX測定
（図）負極断面のSEM像・EDX測定
3-9.負極の組成分析
3-9-1.XRD測定による負極活物質の定性
（図）負極のXRD測定
3-9-2.熱分解GCMS測定によるバインダー種の定性
（図・表）バインダーの熱分解GCMS測定
3-9-3.ICP測定による増粘剤種の確認
（表）負極のICP測定
3-9-4.TG-DTA測定によるSBR・CMC-Na量の推定
（図・表）負極のTG-DTA測定
3-9-5.IC測定によるCMC-Na量/SBR量の推定
（表）負極のIC測定
3-9-6.負極組成まとめ
（表）負極組成まとめ
3-10.電解液の組成分析（溶媒・添加剤・溶質）
（表）電解液のGCMS測定
（表）電解液のIC測定
3-11.セパレータの寸法測定
（表）セパレータの寸法
3-12.セパレータの表面・断面観察
（図）セパレータ表面のSEM像・EDX測定
（図）セパレータ断面のSEM像
3-13.セパレータの材質分析
3-13-1.FT-IR測定によるセパレータ材質の定性
（図）セパレータのFT-IR測定
3-13-2.熱分解GCMS測定による塗工層成分の推定
（図・表）セパレータの熱分解GCMS測定
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