固态电池理化检测项目与方法

　　固态电池(Solid-State Battery, SSB)因其高能量密度、高安全性(无液态电解液泄漏/燃烧风险)和长循环寿命，被视为下一代储能技术的核心方向。其理化检测涵盖材料、界面、电芯及失效分析多个层级，需结合结构、成分、电化学与力学性能进行多尺度表征。

　　关键理化检测项目与方法

　　1. 离子电导率(核心性能指标)

　　方法：交流阻抗谱(EIS) + 直流极化

　　样品：致密陶瓷片或薄膜(直径 10–13 mm，厚度 0.5–2 mm)

　　电极：溅射 Au 或涂覆碳浆

　　测试：

　　EIS(1 MHz–0.1 Hz，10 mV)→ 得到体相 + 晶界阻抗(Nyquist 图半圆)

　　计算：

　　- L ：厚度(cm)

　　- A ：面积(cm²)

　　- Rb ：体相电阻(Ω)

　　典型值：

　　硫化物 SSE：10⁻³–10⁻² S/cm(室温)

　　氧化物 SSE：10⁻⁴–10⁻³ S/cm(需 >60°C)

　　聚合物：10⁻⁵–10⁻⁴ S/cm(60°C)

　　注意：测试需在惰性气氛手套箱(H₂O/O₂ < 0.1 ppm)中进行，尤其对硫化物(遇水释放 H₂S)。

　　2. 电化学窗口(稳定性)

　　方法：线性扫描伏安法(LSV)或循环伏安法(CV)

　　三电极体系：SSE 为工作电极，Li 为对/参比

　　扫描范围：0–6 V vs. Li⁺/Li

　　判据：电流突增点即为分解电压

　　典型窗口：

　　LLZO：0–6 V

　　LPS：1.5–2.5 V(窄!需界面修饰)

　　PEO：3.8 V(上限低)

　　3. 界面阻抗与稳定性

　　方法：对称电池 EIS + 长期恒流循环

　　电池结构：Li | SSE | Li

　　测试：

　　初始 EIS → 总界面阻抗(高频半圆)

　　恒流循环(如 0.1 mA/cm²)→ 观察阻抗随时间增长(副反应)

　　DC 极化 + EIS → 判断是否形成稳定 SEI

　　理想界面阻抗：<10 Ω·cm²(硫化物可做到 <5 Ω·cm²)

　　4. 微观结构与致密度

　　SEM(扫描电镜)：

　　观察断面致密度、孔隙、裂纹;

　　EDS：元素分布(判断元素互扩散)

　　XRD(X 射线衍射)：

　　物相纯度(是否有杂相如 Li₂CO₃);

　　原位 XRD：充放电过程结构演变

　　FIB-SEM(聚焦离子束)：

　　制备 cross-section，观察电极/SSE 界面接触状态

　　5. 化学稳定性(副反应分析)

　　XPS(X 射线光电子能谱)：

　　分析界面元素化学态(如 S 2p 判断 LPS 是否还原为 Li₂S)

　　深度剖析(Ar⁺ 溅射)→ 构建界面反应层厚度

　　FTIR / Raman：

　　检测官能团变化(如 PEO 中 C–O–C 断裂)

　　硫化物 SSE 的 S–S、P–S 键变化

　　TOF-SIMS(飞行时间二次离子质谱)：

　　超高灵敏度元素/分子离子 mapping，揭示 Li⁺ 分布与副产物(如 LiF、Li₃P)

　　6. 锂枝晶穿透检测

　　原位光学显微镜：透明电池观察枝晶生长;

　　原位 X-ray CT：3D 重构枝晶形貌(同步辐射);

　　电化学噪声分析：枝晶短路前的微电流波动;

　　Post-mortem SEM/TEM：截面观察枝晶穿透路径。

　　7. 热稳定性与安全性

　　DSC(差示扫描量热)：

　　测试 SSE 与电极混合物的放热峰(判断热失控风险)

　　例：LPS + NMC 在 >200°C 剧烈放热

　　ARC(加速量热仪)：

　　测定自加热起始温度、z大温升速率

　　8. 力学性能(影响界面接触)

　　纳米压痕(Nanoindentation)：

　　测 SSE 的杨氏模量、硬度(锂枝晶需模量 > GPa 级才可抑制)

　　典型值：LLZO ≈ 150 GPa，LPS ≈ 20 GPa，PEO ≈ 0.1 GPa

　　三点弯曲测试：

　　评估陶瓷电解质脆性

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