电化学工作站测试方法系列之 | 如何测试固态电池微短路？

固态电池以其优异的安全性，高比能量等优势成为目前的研究热点，但在使用金属锂作为负极时也存在诸多问题，比如充放电过程中所发生的内短路问题(internal short circuit)会严重影响电池的实际使用 ，那如何对固态电池的微短路进行测试呢？

首先，测试内短路需要制备对称电池，如下示意图。

其次，目前微短路的电化学测试方法有两种，即直流(恒电流)和交流(交流阻抗法)

恒电流法测试内短路

恒电流法是对上述对称电池分别施加恒电流30分钟，0.1 mA cm-², 0.2 mA cm-², 0.3 mA cm-², 0.4 mA cm-², 0.5 mA cm-²序列步骤依次执行，同时监测电压随时间的变化。

普林斯顿输力强软件设置实例

文章中由输力强 Modulab ECS测试的结果，Fig 10显示该固态电解质在电流小于0.5 mA/cm2时没有发生内短路，锂金属溶解和沉积为可逆过程。这意味着锂金属枝晶并没有进入固态电解质导致微短路，因为单晶电解质的结构非常致密。

从上图中对称电池的内短路测试结果可以看到，当电流增大时，电压出现了下降，则表明电阻降低，可以判断固态电解质发生内短路。

交流阻抗法测试内短路

采用上述对称电池结构，分别在Li/LLZNb05/Li对称电池极化前后，使用输力强1260A 进行交流阻抗测试，交流振幅100mV，频率范围13MHz-300 Hz。

Figure 11.AC impedance measurement of the symmetric Li/LLZNb05/Li cell before and after the DC polarization measurement at 298 K.

Figure 11 显示Li/LLZNb05/Li对称电池极化前后的交流阻抗谱 ，总的阻抗极化前约为600 欧姆，极化后约为800 欧姆，如果对称电池发生内短路，电阻应当会减小，即阻抗曲线中半圆的直径会减小。

后续我们将陆续推出，固态电解质的电导率测试，如何区分电子及离子电导率，如何测定电化学窗口等相关应用内容，敬请关注。

以上信息来源

1.ScientificReports,(2018)8:9965, DOI:10.1038/s41598-018-27851-x

2.Journal of The Electrochemical Society, 164 (4) A666-A671 (2017)

3.Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(39):18853-18858