Метод всесторонних электрохимических свойств твердых электролитов

В условиях быстрого развития литиевой промышленности повышение плотности энергии и безопасности батареи является важным направлением исследований исследователей лития, все твердотельные батареи считаются наиболее перспективным потенциалом применения высокой безопасности, вторичной батареи с высокой удельной энергией, твердого электролита. (твердый электролит, сокращенно ЮВ ) является основным компонентом ядра и используется для оценки производительности твердого электролита по основному показателю производительности для ионной проводимости, электронной проводимости и стабильности интерфейса (согласно опубликованному групповому стандарту твердотельной литиевой батареи с твердым электролитом). требования к рабочим характеристикам и метод испытаний). С одной стороны, плотность, шероховатость и целостность прессованного листа твердого электролита определяют проводимость твердого электролита и его характеристики в течение всего цикла элемента; с другой стороны, стабильная и равномерная сила во время теста может обеспечить точность результатов теста. Таким образом, системы производства и испытаний, которые могут оказывать стабильное и стандартизированное давление, имеют решающее значение для разработки твердых электролитов и их литий-металлических батарей.

Рис. 1. Принципиальная схема испытаний твердотельных электролитов

1. Протестируйте оборудование

Система для испытаний твердых электролитов СЭМС1100 (совместно разработанная ИЭСТ и Сямыньским университетом) представляет собой многофункциональное испытание, предназначенное для образцов твердого электролита, объединяющее прижимную пластину, испытания, расчет автоматических химических характеристик оборудования для измерения твердого электролита. Система имеет интегрированную структуру, включающую модуль под давлением, модуль электрохимических испытаний, модуль измерения плотности, модуль прессования и зажима керамического листа и т. д., который подходит для тестирования различных оксидов, сульфидов, полимеров и других твердых электролитов.

Рис. 2. Принципиальная схема оборудования системы тестирования твердого электролита

2. Направление подачи заявки

2.1 Производство порошка

Для оценки электрохимических свойств порошка твердого электролита. Для образцов с плохим контактом на границе раздела также необходимо напылить на поверхность проводящий металл в качестве электрода, блокирующего ионы. Приложение усилия и его равномерность сильно повлияют на целостность подготовленного керамического листа, рисунок 3 показано макроизображение керамических изделий, полученных с помощью различных прессовочных устройств. Равномерное приложение усилия оборудованием СЭМС1100 используется для подготовки керамического листа с твердым электролитом. Полные и однородные образцы в различных диапазонах давления. Снижают риск разрушения образца. Улучшают выход продукции. и эффективность тестирования.

Рисунок 3. Сравнение результатов производства различных устройств

2.2 Лон Электропроводность

Два различных твердоэлектролитных материала Li1 .3Al0.3Ti1.7 (PO4 ) 3 (ЛАТР ) и Li6 .5La3Zr1.5Ta0.5O12 (ЛЛЗО ) и их спектр электрохимического импеданса и ионная проводимость изменяются, как показано на рисунке 4, при применении различных количественное давление на многослойные керамические таблетки и измерение их спектра электрохимического импеданса, испытательное давление может в разной степени влиять на их ионную проводимость, что указывает на необходимость проверки электрохимических свойств твердого электролита путем приложения стабильного количественного давления.

Рис. 4. Спектры электрохимического импеданса двух твердых электролитов и их ионная проводимость к давлению

&NBSP ;2.3 Электронная проводимость и плотность уплотнения

С помощью оборудования СЭМС 1100 электронная проводимость и плотность уплотнения порошка ЛАТР могут быть проверены одновременно во время процесса лампового прессования, и обнаружено, что плотность уплотнения варьируется от начальных 1,7 г / см с увеличением приложенного давления.^{3&NBSP ;}Увеличьте его до 2,1 г/см.^{3&NBSP ;}Однако электронная проводимость стабильна на уровне около 50 МПа, то есть тенденция плотности и электронной проводимости материалов с твердым электролитом не полностью согласуется, что указывает на то, что при различных условиях давления необходимы разные испытания для синхронизации характеристик твердого электролита. получить исчерпывающие и точные результаты измерений.

Рисунок 5.L АТФ Изменение электронной проводимости и плотности уплотнения твердого электролита

2.4 Эффективность переработки твердотельных литий-металлических аккумуляторов

Симметричная батарея Ли -ЮВ -Ли собрана в соответствующем герметизирующем устройстве СЭМС 1100, соответственно применяется различное давление, проверяется циркулирующее отложение металлического лития, измеряется изменение потенциала симметричной батареи, вы можете видеть, что когда приложенное давление падает со 120 МПа до 110 МПа, перенапряжение батареи значительно увеличивается, что показывает, что поведение осаждения литий-металлической батареи относительно чувствительно к изменению давления, и важно оценить стабильность поверхности твердого электролита путем изменения приложенного давления.

Рисунок 6. Циклический тест заряда и разряда симметричной батареи

2.5 Окно электрохимической стабилизации

Батарея из нержавеющей стали Ли -ЮВ собирается в соответствующем герметизирующем устройстве СЭМС 1100, и циклическая вольтамперометрия проверяет ее окислительно-восстановительный потенциал. Видно, что при увеличении перенапряжения до 3 В плотность окислительного тока батареи составляет всего около 1,2 А·см.^{-2&NBSP ;} это показывает, что твердый электролит относительно стабилен в диапазоне напряжений 0–3 В, то есть электрохимические испытания на герметичность и герметичность различных материалов с твердым электролитом и их литий-металлических батарей могут быть реализованы с помощью оборудования СЭМС 1100.

Рисунок 7. Электрохимический тест окна твердотельных электролитов

3. Резюме

В этой статье с использованием интегрированной испытательной системы с твердым электролитом СЭМС1100 для всех видов материалов с твердым электролитом, испытаний пластин и электрохимических характеристик можно точно оценить при различных количественных условиях давления ионную проводимость твердого электролита, электронную проводимость, плотность уплотнения, электрохимическое окно и стабильность интерфейса литий-металлической батареи и производительность цикла, чтобы исследователи могли понять и разработать материал с твердым электролитом, чтобы ускорить исследования твердого электролита.

Справочная документация

1. Хуан Сяо, Ву Линьбинь, Хуан Чжэнь и др. Методы электрохимических испытаний в исследованиях твердого иона и электролиза, Наука и технология накопления энергии, 2020, 9 (2): 479-500.

2. Йонг -Пистолет Ли , Сатоши Фуджики , Чанхун Юнг , эт все . Высокоэнергетические полностью твердотельные литий-металлические батареи с длительным циклом на основе серебряно-углеродных композитных анодов. 2020, 4(5): 299-308.

3. Николас Вильярд, Крис Хендрикс, Джейсик Чанг и др. Влияние внешнего давления на фазовую стабильность и скорость диффузии в литий-ионных элементах. Журнал электроаналитической химии, 2021, 895, 115400.

4. Т/СПСЦ 019--2021; Требования к рабочим характеристикам и методы испытаний твердотельных электролитов для твердотельных литиевых батарей; неорганический оксид; Твердотельные электролиты для твердотельных электролитов.