Une méthode pour les propriétés électrochimiques complètes des électrolytes solides
Dans le développement rapide de l'industrie du lithium, améliorer la densité d'énergie et la sécurité de la batterie est une direction de recherche importante des chercheurs en lithium, toutes les batteries à semi-conducteurs sont considérées comme le potentiel d'application le plus futur de la batterie secondaire à haute sécurité et à haute énergie spécifique, électrolyte solide (Solid Electrolyte, abrégé en SE) sont les principaux composants de base et sont utilisés pour juger de la performance de l'électrolyte solide de l'indice de performance principal pour la conductivité ionique, la conductivité électronique et la stabilité de l'interface (selon la norme du groupe publiée batterie au lithium à semi-conducteurs avec électrolyte solide exigences de performance et méthode d'essai). D'une part, la densité, la rugosité et l'intégrité de la feuille d'électrolyte solide pressée déterminent la conductivité de l'électrolyte solide et ses performances de cycle de cellule entière ; d'autre part, la force stable et uniforme pendant le test peut garantir l'exactitude des résultats du test. Par conséquent, les systèmes de production et de test capables d'exercer une pression stable et standardisée sont cruciaux pour le développement des électrolytes solides et de leurs batteries lithium-métal.
Figure 1. Schéma de principe du test des électrolytes à l'état solide
1. Testez l'équipement
Le système de test d'électrolyte solide SEMS1100 (développé conjointement par l'IEST et l'Université de Xiamen), est un test multifonctionnel dédié aux échantillons d'électrolyte solide, intégrant une plaque de pression, des tests, le calcul des performances chimiques automatiques des équipements de mesure d'électrolyte solide. Le système adopte une conception de structure intégrée, comprenant un module sous pression, un module de test électrochimique, un module de mesure de densité, un module de pressage et de serrage de feuille de céramique, etc., qui convient au test de divers oxydes, sulfure, polymère et autres électrolytes solides.
Figure 2. Schéma de principe de l'équipement du système de test d'électrolyte à l'état solide
2. Mode d'application
2.1 Production de poudre
Pour évaluer les propriétés électrochimiques de la poudre d'électrolyte solide, et les échantillons avec un mauvais contact d'interface doivent également pulvériser un métal conducteur sur la surface comme électrode de blocage d'ions, l'application de la force et l'uniformité affecteront grandement l'intégrité de la feuille de céramique préparée, Figure 3 montre une image macro de pièces en céramique obtenues à partir de différents dispositifs de pressage, L'application de force uniforme de l'équipement SEMS1100 est utilisée pour préparer la feuille de céramique à électrolyte solide, Échantillons complets et uniformes dans différentes plages de pression, Réduire le risque de destruction de l'échantillon, Améliorer le rendement et tester l'efficacité.
Figure 3. Comparaison des résultats de production de différents appareils
2.2 Conductivité électrique Lon
Les deux différents matériaux d'électrolyte solide Li1.3Al0.3Ti1.7 (PO4) 3 (LATP) et Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12 (LLZO) et leur spectre d'impédance électrochimique et leur conductivité ionique changent, comme le montre la figure 4, en appliquant différents pression quantitative sur les comprimés en céramique sandwich et en mesurant leur spectre d'impédance électrochimique, la pression d'essai peut affecter leur conductivité ionique à des degrés divers, ce qui indique la nécessité de tester les propriétés électrochimiques de l'électrolyte solide en appliquant une pression quantifiée stable.
Figure 4. Spectres d'impédance électrochimique de deux électrolytes solides et leur conductivité ionique à la pression
2.3 Conductivité électronique et densité de compactage
Grâce à l'équipement SEMS 1100, la conductivité électronique et la densité de compactage de la poudre de LATP peuvent être testées simultanément pendant le processus de pressage à la lampe, et on constate que la densité de compactage varie de 1,7 g / cm initial avec l'augmentation de la pression appliquée3 Augmentez-le à 2,1 g / cm3 Cependant, la conductivité électronique est stable à environ 50MPa, c'est-à-dire que la densité et la tendance de la conductivité électronique des matériaux d'électrolyte solide ne sont pas complètement cohérentes, ce qui indique que dans différentes conditions de pression, différents tests sont nécessaires pour synchroniser les caractéristiques de l'électrolyte solide à obtenir des résultats de mesure complets et précis.
Figure 5.L ATP Modification de la conductivité électronique et de la densité de compactage de l'électrolyte solide
2.4 Performances de recyclage des batteries au lithium métal à l'état solide
La batterie symétrique Li-SE-Li est assemblée dans le dispositif d'étanchéité correspondant SEMS 1100, appliquez une pression différente respectivement, testez le dépôt circulant de lithium métal, mesurez le changement potentiel de la batterie symétrique, vous pouvez voir que lorsque la pression appliquée chute de 120MPa à 110MPa, la surtension de la batterie augmente considérablement, ce qui montre que le comportement de dépôt de la batterie au lithium métal est relativement sensible au changement de pression, et il est important d'évaluer la stabilité de l'interface de l'électrolyte solide en modifiant la pression appliquée.
Figure 6. Test de cycle de charge et de décharge d'une batterie symétrique
2.5 Fenêtre de stabilisation électrochimique
La batterie Li-SE-acier inoxydable est assemblée dans le dispositif d'étanchéité d'adaptation SEMS 1100, et la voltamétrie cyclique teste son potentiel redox. On peut voir que lorsque la surtension monte à 3V, la densité de courant oxydatif de la batterie n'est que d'environ 1,2 A cm-2 cela montre que l'électrolyte solide est relativement stable dans une fenêtre de tension de 0 ~ 3 V, c'est-à-dire que le test électrochimique de pressurisation et d'étanchéité de différents matériaux d'électrolyte solide et de leurs batteries au lithium métal peut être réalisé via l'équipement SEMS 1100.
Figure 7. Test de fenêtre électrochimique des électrolytes à l'état solide
3. Résumé
Ce papier utilisant le système de test intégré d'électrolyte solide SEMS1100, pour toutes sortes de matériaux d'électrolyte solide, test de performance de plaque et électrochimique, peut être évalué avec précision dans différentes conditions de pression quantitative sur la conductivité ionique de l'électrolyte solide, la conductivité électronique, la densité de compactage, la fenêtre électrochimique et stabilité de l'interface de la batterie au lithium métal et performances du cycle, pour que les chercheurs comprennent et développent un matériau d'électrolyte solide, pour accélérer la recherche sur l'électrolyte solide.
Documents de référence
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