固體電解質(zhì)的重要性及其評價

目前液體鋰電池已幾乎接近極限，固態(tài)鋰電池是鋰電發(fā)展的必經(jīng)之路（必然性）。 與傳統(tǒng)液體電解質(zhì)不同，對于固態(tài)電解質(zhì)電化學(xué)性能的評價需要新的方法與評價維度。新發(fā)布實施的T/SPSTS 019—2021團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《固態(tài)鋰電池用固態(tài)電解質(zhì)性能要求及測試方法》指出固態(tài)電解質(zhì)性能優(yōu)劣的最主要性能指標(biāo)為離子電導(dǎo)率、電子電導(dǎo)率和界面穩(wěn)定性，其中最核心的是界面控制。 川源科技結(jié)合當(dāng)前實際需求，在原有粉末電導(dǎo)率的平臺上開發(fā)了新一代的一站式固體電解質(zhì)電導(dǎo)性及其電化學(xué)性能的評價系統(tǒng)--Solid X；

固態(tài)電解質(zhì)評價現(xiàn)狀及解決方案

當(dāng)前固態(tài)電解的電導(dǎo)性測量主要有以下幾方面局限：

1）通過電化學(xué)工作站進(jìn)行，一般頻率不超過10MHz，其不能滿足固態(tài)電解質(zhì)阻抗評價需求；

2）非原位或小壓力加載壓片后進(jìn)行阻抗測量；

3）部分設(shè)備采用高頻阻抗分析儀的頻率區(qū)間為20Hz-100MHz，仍不能滿足測試需求且價格高昂；

4）溫控系統(tǒng)缺失等；

本系統(tǒng)由電流源配置、溫度控制、壓力控制及信息采集控制與分析等模塊組成全新的固體電解質(zhì)評價系統(tǒng)；

Solid X固態(tài)電解質(zhì)測試系統(tǒng)

產(chǎn)品特色與優(yōu)勢

應(yīng)用領(lǐng)域與方向

固態(tài)電解質(zhì)、燃料電池等粉體材料相關(guān)領(lǐng)域的制造企業(yè)、大學(xué)及科研院所研究及生產(chǎn)過程中；

Manufacturing enterprises, universities and scientific research institutes of fuel cell, solid state electrolyte, and other secondary battery related fields;

離子電導(dǎo)及電子電導(dǎo)測試

以Li10GeP2S12(LGPS)的固態(tài)解質(zhì)離子與電子電導(dǎo)率的變化情況，如圖3所示。數(shù)據(jù)顯示，通過對樣品施加不同的量化壓力并測量其電導(dǎo)性能，不同測試壓力對整體界面接觸有不同的影響，同時更大更精確的壓力可以更穩(wěn)定的控制固態(tài)電解質(zhì)界面接觸、致密度與一致性，從而得到更加一致的測量結(jié)果。

固體電解質(zhì)壓實密度評估

當(dāng)前，設(shè)備原有的粉末壓實密度測量功能，直接在軟件界面選擇對應(yīng)測量模式即可實現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)對應(yīng)動態(tài)恒壓力或變壓力下壓實密度的測試，可以用于評價固態(tài)電解質(zhì)的開發(fā)與壓實密度等相關(guān)工藝優(yōu)化。此案例以Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12（LLZTO）以及Li10GeP2S12(LGPS)的固態(tài)解質(zhì)離子與電子電導(dǎo)率的變化情況，如圖5所示。

電化學(xué)性能評估：不同壓力下電化學(xué)阻抗譜掃描

基于在Solid X測試系統(tǒng)配套的密封治具中組裝Li金屬-固體電解質(zhì)(Li10GeP2S12(LGPS))-不銹鋼電池，進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜掃描，可以得到不同壓力模式下電池的電化學(xué)阻抗譜數(shù)據(jù)，具體如圖6，這個數(shù)據(jù)與固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，可以得到固態(tài)電解質(zhì)及其電池更多的電導(dǎo)特性，即通過Solid X測試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對不同固態(tài)電解質(zhì)材料及其鋰金屬電池的加壓、密封電化學(xué)測試。

電化學(xué)性能評估：LATP氧化物固體電解質(zhì)評價

電化學(xué)性能評估：固體電解質(zhì)循環(huán)性能評估

在隔絕治具中組裝Li/C-SE-不銹鋼電池，進(jìn)行充放電測試，并在預(yù)定的循環(huán)數(shù)時進(jìn)行原位阻抗測試，這可以看出此結(jié)構(gòu)電池庫倫效率接近99.5%，說明鋰金屬改進(jìn)負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性能良好。并且，通過阻抗譜可以看出，在一定循環(huán)后裝配電池的阻抗（Rct）明顯降低，說明機(jī)構(gòu)可以電池可靠工作提供保障。

審核編輯黃宇