一种固态电解质稳定性的测试方法

本发明涉及电池材料，特别是一种固态电解质在可控气体浓度下的稳定性测试方法。

背景技术：

1、固态电池是未来高能量密度电池的发展方向之一，固态电解质发展至今，已经拥有了堪比液态体系的高离子电导，尤其是以硫化物为基础的li10gep2s12等超离子导体粉末陶瓷电解质。

2、然而，固态电解质的发展伴随着离子电导升高，面对的是越来越严峻的化学稳定性问题。硫化物因其易与水反应发生水解，对水分乃至含有水分的环境都表现出极度敏感，甚至对一系列高极性溶剂度都表现出极高的反应活性。除此之外，氧化物体系也依然面临界面在潮湿空气中与水分，co2等反应生成li2co3，lioh的副反应过程。这些情况极大地威胁了利用其装配的全固态电池整体的安全性与稳定性，同时也为固态电解质合成的技术与工艺提出了很高的要求。

3、在水分敏感问题的应对上，尽管干房、干燥间等实验条件的发展可以为固态电解质的合成以及固体电池的装配提供一个低水氛围的环境，但近年来的研究也越发注意到尽管在宏观形貌上的改变并不可显，类似的条件依然会在电解质的微观形貌、性能及成分上造成影响。

4、关于固态电解质的稳定性测试，传统的实验思路是通过加湿惰性气体带入湿度。然而，这种方式在湿度氛围的构建上过于简单、粗糙，其通过装置外流量计或装置内感应器的浓度测绘方式也往往不够及时与准确，远远跟不上固态电解质，尤其是硫化物变质的速度与量化需要。

5、因此，目前有必要提供一种固态电解质在低分压多种气氛环境下的稳定性测试方法，在更好的可控条件下针对固态电解质对水分等气体氛围的耐受程度进行测试。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种进行固态电解质在低分压多种气氛环境下的稳定性测试方法。

2、本发明的发明人经过深入研究，开发出一种固态电解质稳定性测试方法，该方法是在真空环境构建的基础上，基于气压反馈即时地刻画气体浓度，以纯相气体填充后气压对时间的平均值计算并控制氛围平均浓度，结合eis等宏观表征手段，以及sem、xps等微观表征手段，能够对包括水分在内的气体在低存量的条件下进行接触并将不可视的电解质变质表现出来。

3、本发明提供了一种固态电解质稳定性的测试方法，所述测试方法包括以下步骤：

4、(1)将待测的固态电解质样品放入样品室，对样品室持续抽真空，采用真空计监视样品室的真空度；

5、(2)通过气源向样品室中通入待考察的气体，根据真空度变化调整气体的流量，以控制样品室中的气体浓度；

6、(3)待样品室中的气体浓度稳定后关闭真空，然后待处理时间结束后将所述固态电解质样品取出进行测试。

7、根据本发明提供的测试方法，其中，所述固态电解质样品可以为固态电解质片，也可以为固态电解质材料粉末。

8、根据本发明提供的测试方法，为了满足样品取出前后的气氛隔绝需要，所述测试方法优选地包括将样品室与干房和/或手套箱密封结合。

9、优选地，样品室为具盖的玻璃材质密闭透明容器，也可根据需要选择包括不锈钢在内的不同材质。

10、根据本发明提供的测试方法，其中，步骤(1)中所述的真空计优选为具有记录功能与气压快速响应能力的真空计。

11、根据本发明提供的测试方法，其中，步骤(1)中采用机械真空泵、分子泵和离子泵中的一种或多种进行抽真空。

12、根据本发明提供的测试方法，其中，步骤(2)中所述的气源可以为氧气、水和碘中的一种或多种。优选地，对于非固态气源，所述测试方法还可以包括对气路、气源或整个装置进行加热。

13、优选地，所述气源为持续稳定供气的高压气源。

14、根据本发明提供的测试方法，其中，步骤(2)可以包括采用气流控制器-传感器联合触发的气流控制装置，并通过程序控制气体的流量。在本发明的另一些实施方案中，通过气体浓度传感器检测样品室中的气体浓度，并根据检测信号控制气体的流量，以使样品室中的气体浓度保持在待测试的水平。

15、根据本发明提供的测试方法，其中，所述测试方法可以包括制备不同气体浓度下的多个样品，以进行平行的比较分析。

16、在另一种实施方案中，所述测试方法可以包括制备不同处理时间下的多个样品，以进行平行的比较分析。

17、本发明提供了固态电解质材料在低浓度气体氛围下的预处理手段，可以实现多种气氛低分压情况下稳定性的测试。本发明创造性地利用真空度和气流控制装置来控制样品室中的气体浓度，而不是采用现有技术中常用的流量计，使得气体浓度控制更精确及时，便于定量与调控。本发明还创造性地将宏观下的气体浓度控制与微观下的表征分析相结合，为量化分析固态电解质在不同浓度气体存在下受到的影响构建了一套实用的方法。

技术特征：

1.一种固态电解质稳定性的测试方法，所述测试方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的测试方法，其中，所述固态电解质样品为固态电解质片或固态电解质材料粉末。

3.根据权利要求1所述的测试方法，其中，所述测试方法包括将样品室与干房和/或手套箱密封结合。

4.根据权利要求1所述的测试方法，其中，步骤(1)中所述的真空计为具有记录功能与气压快速响应能力的真空计。

5.根据权利要求1所述的测试方法，其中，步骤(1)中采用机械真空泵、分子泵和离子泵中的一种或多种进行抽真空。

6.根据权利要求1所述的测试方法，其中，步骤(2)中所述待考察的气体为氧气、水蒸气和碘蒸气中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的测试方法，其中，对于非固态气源，所述测试方法还包括对气路、气源或整个装置进行加热。

8.根据权利要求1所述的测试方法，其中，步骤(2)包括采用气流控制器-传感器联合触发装置，并通过程序控制气体的流量；或者步骤(2)包括通过气体浓度传感器检测样品室中的气体浓度，并根据检测信号控制气体的流量。

9.根据权利要求1所述的测试方法，其中，所述测试方法包括制备不同气体浓度下的多个样品，以进行平行的比较分析。

10.根据权利要求1所述的测试方法，其中，所述测试方法包括制备不同处理时间下的多个样品，以进行平行的比较分析。

技术总结
本发明提供一种固态电解质稳定性的测试方法，包括：(1)将待测的固态电解质样品放入样品室，对样品室持续抽真空，采用真空计监视样品室的真空度；(2)通过气源向样品室中通入待考察的气体，根据真空度变化调整气体的流量，以控制样品室中的气体浓度；(3)待样品室中的气体浓度稳定后关闭真空，然后待处理时间结束后将所述固态电解质样品取出进行测试。本发明提供了固态电解质材料在低浓度气体氛围下的预处理手段，可以实现多种气氛低分压情况下稳定性的测试。结合宏观与微观下的表征分析，为量化固态电解质在不同浓度气体存在下受到的影响构建了一套实用的方法。

技术研发人员：乔荣涵,俞海龙,赵文武,黄学杰
受保护的技术使用者：中国科学院物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10