固体电解质的重要性及其评价

目前液体锂电池已几乎接近极限，固态锂电池是锂电发展的必经之路（必然性）。

与传统液体电解质不同，对于固态电解质电化学性能的评价需要新的方法与评价维度。新发布实施的T/SPSTS 019—2021团体标准《固态锂电池用固态电解质性能要求及测试方法》指出固态电解质性能优劣的最主要性能指标为离子电导率、电子电导率和界面稳定性，其中最核心的是界面控制。

川源科技结合当前实际需求，在原有粉末电导率的平台上开发了新一代的一站式固体电解质电导性及其电化学性能的评价系统--Solid X；

固态电解质评价现状及解决方案

当前固态电解的电导性测量主要有以下几方面局限：

1）通过电化学工作站进行，一般频率不超过10MHz，其不能满足固态电解质阻抗评价需求；

2）非原位或小压力加载压片后进行阻抗测量；

•3）部分设备采用高频阻抗分析仪的频率区间为20Hz-100MHz，仍不能满足测试需求且价格高昂；

4）温控系统缺失等；

本系统由电流源配置、温度控制、压力控制及信息采集控制与分析等模块组成全新的固体电解质评价系统；

Solid X固态电解质测试系统

产品特色与优势

一款专门针对固态电解质离子电阻与电子电阻的测试设备/The first market-oriented resistance test equipment;

压力、电阻、温度、厚度等关键参数一站式采集与记录分析/pressure, resistance, temperature, humidity and thickness are recorded in one station

在不同条件下实现电阻、电压、压力等参数的全自动测量/Resistance, voltage, pressure parameter measured automatically under different measurement conditions;

单点模式与线性模式可选/Single point mode and linear mode are optional;

测量数据库管理模式/Database management mode;

应用领域与方向

固态电解质、燃料电池等粉体材料相关领域的制造企业、大学及科研院所研究及生产过程中；

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

离子电导及电子电导测试

以Li10GeP2S12(LGPS)的固态解质离子与电子电导率的变化情况，如图3所示。数据显示，通过对样品施加不同的量化压力并测量其电导性能，不同测试压力对整体界面接触有不同的影响，同时更大更精确的压力可以更稳定的控制固态电解质界面接触、致密度与一致性，从而得到更加一致的测量结果。

固体电解质压实密度评估

当前，设备原有的粉末压实密度测量功能，直接在软件界面选择对应测量模式即可实现固态电解质对应动态恒压力或变压力下压实密度的测试，可以用于评价固态电解质的开发与压实密度等相关工艺优化。此案例以Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12（LLZTO）以及Li10GeP2S12(LGPS)的固态解质离子与电子电导率的变化情况，如图5所示。

电化学性能评估：不同压力下电化学阻抗谱扫描

基于在Solid X测试系统配套的密封治具中组装Li金属-固体电解质(Li10GeP2S12(LGPS))-不锈钢电池，进行电化学阻抗谱扫描，可以得到不同压力模式下电池的电化学阻抗谱数据，具体如图6，这个数据与固态电解质离子电导率进行关联分析，可以得到固态电解质及其电池更多的电导特性，即通过Solid X测试系统能够实现对不同固态电解质材料及其锂金属电池的加压、密封电化学测试。

电化学性能评估：LATP氧化物固体电解质评价

利用设备离子电导率及电化学测试功能，对不同反应温度下合成的LATP氧化物固态电解质进行电性能测试分析。实验发现850℃下合成的LATP材料具有良好的性能，可以看出设备能在离子电导率、完整阻抗测试、密度等方面进行全面评估。

电化学性能评估：固体电解质循环性能评估

在隔绝治具中组装Li/C-SE-不锈钢电池，进行充放电测试，并在预定的循环数时进行原位阻抗测试，这可以看出此结构电池库伦效率接近99.5%，说明锂金属改进负极的循环稳定性能良好。并且，通过阻抗谱可以看出，在一定循环后装配电池的阻抗（Rct）明显降低，说明机构可以电池可靠工作提供保障。