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電化學工作站測試方法系列之 | 如何測試固態電池微短路?

時間:2021-11-08閱讀:3181

固態電池以其優異的安全性,高比能量等優勢成為目前的研究熱點,但在使用金屬鋰作為負極時也存在諸多問題,比如充放電過程中所發生的內短路問題(internal short circuit)會嚴重影響電池的實際使用 ,那如何對固態電池的微短路進行測試呢?

首先,測試內短路需要製備對稱電池,如下示意圖。

其次,目前微短路的電化學測試方法有兩種,即直流(恆電流)和交流(交流阻抗法)

 

恆電流法測試內短路

恆電流法是對上述對稱電池分別施加恆電流30分鐘,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序列步驟依次執行,同時監測電壓隨時間的變化。

 

普林斯頓輸力強軟體設定例項

文章中由輸力強 Modulab ECS測試的結果,Fig 10顯示該固態電解質在電流小於0.5 mA/cm2時沒有發生內短路,鋰金屬溶解和沉積為可逆過程。這意味著鋰金屬枝晶並沒有進入固態電解質導致微短路,因為單晶電解質的結構非常緻密

 

從上圖中對稱電池的內短路測試結果可以看到,當電流增大時,電壓出現了下降,則表明電阻降低,可以判斷固態電解質發生內短路。

 

交流阻抗法測試內短路

採用上述對稱電池結構,分別在Li/LLZNb05/Li對稱電池極化前後,使用輸力強1260A 進行交流阻抗測試,交流振幅100mV,頻率範圍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 顯示Li/LLZNb05/Li對稱電池極化前後的交流阻抗譜 ,總的阻抗極化前約為600 歐姆,極化後約為800 歐姆,如果對稱電池發生內短路,電阻應當會減小,即阻抗曲線中半圓的直徑會減小

後續我們將陸續推出,固態電解質的電導率測試,如何區分電子及離子電導率,如何測定電化學視窗等相關應用內容,敬請關注。

以上資訊來源

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

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