固态电解质电导率测试装置的构建
发布时间:2020-07-20
(1)氧化物固态电解质陶瓷片
氧化物电解质冷压后仍有较大孔隙,因而其电导率的测试通常需要压片烧结成致密的圆片,例Li7La3Zr2O12需要在超过1000 ℃的高温下烧结以得到致密样品,再进行测试,如图14所示:
(a)首先将烧结得到圆片的两个圆面磨平和抛光,使圆片的两个平面平整干净,没有缺损;
(b)用游标卡尺和数显测厚仪测试圆片的几何尺寸,得到其面积A和厚度L;
(c)用溅射仪分别在圆片的两面喷金作为离子阻塞电极,在喷金的过程中,首先要保证圆片两面保持水平,每个面和溅射源的距离相同且喷金时长一致,以实现相同的喷金效果;其次特别注意圆片的侧面,避免被 Au 溅射,一旦溅射需要用砂纸轻轻打磨掉;
(d)喷金完毕得到光亮的表面,Au 在两表面均匀致密地分布,其效果用数字万用表简单验证,保证圆面上的任意两点之间电子导通即短路;
(e)将得到的“三明治结构”夹在和电化学工作站相连的夹具上,每次测试需要保证夹在相同位置上(中心)。
(2)硫化物固态电解质陶瓷片
玻璃态硫化物或玻璃陶瓷硫化物通过一定压强的冷压或较低温度的烧结,就可获得电导率和体相电导率相近的片状样品。图15所示,为75Li2S·25P2S5 玻璃态电解质的离子电导率和模具压力的关系,电导率随着模具压力的增加而增大,当压力达到360 MPa时基本与热压得到的体相电导率接近。而在测试装置的构建中,Au电极、不锈钢片、碳纸等方式均有采用。图16为使用模具测试硫化物电解质电导率的过程,图16(a)为模具的示意图,模具直径为10 mm,组装之后加入150 mg 左右的硫化物电解质,在300 MPa压强的保持下进行交流阻抗法的测试,以保证电解质和模具的良好接触。测试之后,通过游标卡尺的深度尺进行厚度的测量,大概为1 mm左右。
(3)聚合物(基)固态电解质
聚合物电解质通常不能使用溅射等工艺将Au电极引入测试体系中,因而选用不锈钢片将冲裁的聚合物膜夹在中间,组装扣式电池进行测试(图17)。测试装置几何尺寸的确定是聚合物电导率测试中的难点。聚合物膜冲裁的直径大于不锈钢片,因而面积为不锈钢片的面积;其厚度较薄,并且实际厚度在组装扣式电池时由于压力而发生较大程度的改变,可以选用下面的测试方法:首先组装测试之前测量两不锈钢片的厚度,在测试结束后拆开电池,测量两不锈钢电极与电解质膜的总体厚度,其差值可近似为聚合物电解质膜在测试过程中的实际厚度,通常仅为组装前聚合物膜的1/3~1/4。
内容摘自《锂电池研究中的电导率测试分析方法》