電化學知識

固态電池以(yǐ)其優異的(de)安全性，高比能量等優勢成爲(wéi / wèi)目前的(de)研究熱點，但在(zài)使用金屬锂作爲(wéi / wèi)負極時(shí)也(yě)存在(zài)諸多問題，比如充放電過程中所發生的(de)内短路問題(internal short circuit)會嚴重影響電池的(de)實際使用 ，那如何對固态電池的(de)微短路進行測試呢？

首先，測試内短路需要(yào / yāo)制備對稱電池，如下示意圖。

其次，目前微短路的(de)電化學測試方法有兩種，即直流(恒電流)和(hé / huò)交流(交流阻抗法)

恒電流法測試内短路

恒電流法是(shì)對上(shàng)述對稱電池分别施加恒電流30分鍾，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(shí)監測電壓随時(shí)間的(de)變化。

普林斯頓輸力強軟件設置實例

文章中由輸力強 Modulab ECS測試的(de)結果，Fig 10顯示該固态電解質在(zài)電流小于(yú)0.5 mA/cm2時(shí)沒有發生内短路，锂金屬溶解和(hé / huò)沉積爲(wéi / wèi)可逆過程。這(zhè)意味着锂金屬枝晶并沒有進入固态電解質導緻微短路，因爲(wéi / wèi)單晶電解質的(de)結構非常緻密。

從上(shàng)圖中對稱電池的(de)内短路測試結果可以(yǐ)看到(dào)，當電流增大(dà)時(shí)，電壓出(chū)現了(le／liǎo)下降，則表明電阻降低，可以(yǐ)判斷固态電解質發生内短路。

交流阻抗法測試内短路

采用上(shàng)述對稱電池結構，分别在(zài)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(de)交流阻抗譜 ，總的(de)阻抗極化前約爲(wéi / wèi)600 歐姆，極化後約爲(wéi / wèi)800 歐姆，如果對稱電池發生内短路，電阻應當會減小，即阻抗曲線中半圓的(de)直徑會減小。

後續我們将陸續推出(chū)，固态電解質的(de)電導率測試，如何區分電子(zǐ)及離子(zǐ)電導率，如何測定電化學窗口等相關應用内容，敬請關注。

以(yǐ)上(shàng)信息來(lái)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