1T/XXXXXXX—XXXX固態電池用聚合物電解質技術要求本文件規定了固態電池聚合物電解質技術要求、試驗方法、檢驗規則及包裝、標志、儲存和運輸等本文件適用于固態電池聚合物電解質材料。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T1040.1-2018塑料拉伸性能的測定：第1部分：總則GB/T1040.3-2006塑料拉伸性能的測定第3部分：薄膜和薄片的試驗條件GB/T6388包裝運輸收發貨標志GB/T6672塑料薄膜和薄片厚度測定機械測量法GB/T6678化工產品采樣總則GB/T6679固體化工產品采樣通則GB/T7962.6無色光學玻璃測試方法第6部分：楊氏模量、剪切模量及泊松比GB/T8170數值修約規則與極限數值的表示和判定GB/T27761熱重分析儀失重和剩余量的試驗方法GB/T38338炭素材料斷裂韌性測試方法GB/T38751熱處理件硬度檢驗通則3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1固態電池solid-statebatteries使用固態電極和固態電解質的電池體系。3.2聚合物電解質polymerelectrolyte成分為聚合物本體與無機電解質組分復合的固態電解質。3.3離子電導率ionicconductivity表示固態電解質傳導離子能力強弱的測量值。3.4電子電導率electronicconductivity表示固態電解質傳導電子能力強弱的測量值。3.5氧化電位oxidationpotential表示固態電解質發生氧化反應的電位值(vs.Li/Li+)。3.6還原電位reductionpotential表示固態電解質發生還原反應的電位值(vs.Li/Li+)。2T/XXXXXXX—XXXX4符號和縮略語下列符號和縮略語適用于本文件。σLRSUk循環伏安法(cyclicvoltam線性掃描伏安法(linearsweepv5要求5.1外觀聚合物電解質應為具有規則形狀的固體薄膜,且顏色和厚度均一。5.2技術要求固態電池用聚合物電解質的技術參數應符合表2的規定。表2固態電池用聚合物電解質的技術參數要求123≤1.0×10S/cm456786試驗方法6.1外觀產品外觀用目視法檢查。6.2厚度測定方法按照GB/T6672的相關規定進行。6.3含液量3T/XXXXXXX—XXXX測定方法按照GB/T27761的相關規定進行,并規定150℃下保溫2h的失重質量與原本質量的比值為含液量。6.4離子電導率6.4.1原理由于在聚合物電解質中,電導率主要由離子電導率貢獻,電子電導率的貢獻可以忽略,因此以總電導率作為電解質的離子電導率測量值。先通過交流阻抗法得到聚合物電解質的電阻值,然后通過離子電導率公式(1)計算得到離子電導率。式中：σ—固態電解質的離子電導率,單位為西門子每厘米(S/cm)；L—固態電解質的厚度,單位為厘米(cm)；S—標準不銹鋼墊片的橫截面積,單位為平方厘米(cm)；R—固態電解質的電阻測量值,單位為歐姆(Ω)。6.4.2儀器設備6.4.2.1電化學工作站。6.4.2.2其他一般是實驗室儀器及設備。6.4.3試樣處理6.4.3.1對聚合物電解質進行裁剪,制出直徑19mm、厚度在10μm～300μm的圓片狀樣品,將電解質圓片在60℃真空烘箱中烘干12h備用。6.4.3.2在水和氧氣都小于或等于5×10－6“惰性氣體手套箱中,將聚合物電解質圓片組裝“標準不銹鋼墊片/電解質/標準不銹鋼墊片”CR2032扣式實驗電池,封裝電池壓力為5MPa,在25℃下保存1h。6.4.4分析步驟6.4.4.1打開電化學工作站,調用交流陽抗法(EIS)程序。6.4.4.2設置測試頻率范圍為1MHz～100mHz,擾動電壓為10mVA。6.4.4.3在溫度(25±2)℃,濕度小于50%的測試條件下(可按照測試需求調整測試溫度),將實驗電池夾在電化學工作站的夾具。6.4.4.4點擊軟件操作界面的“開始”按鈕,進行測試,得到對應的Nyquist圖譜。6.4.4.5測試結束后,拆開電池,按照6.2的測試方法測量聚合物電解質與兩側墊片的總厚度L1、兩個墊片的總厚度L2,,則L=L1-L2,即為聚合物電解質的厚度,將使用的標準墊片的面積記為S。6.4.5結果處理對Nyquist圖譜進行電路擬合得到電阻R,按照公式(1)計算聚合物電解質的離子電導率。6.5電子電導率6.5.1原理使用計時電流法(CA),聚合物電解質兩側使用阻塞電極隔絕離子傳輸,設置一定的控制電勢U(1V~2V),記錄響應電流隨時間的變化曲線,待電流達到穩定,則離子遷移被阻塞電極限制,電路中僅存在電子傳輸,記錄電流值I,則可進一步計算得到電子電導率。6.5.2儀器設備6.5.2.1電化學工作站。6.5.2.2其他一般實驗室儀器及設備。6.5.3試樣處理4T/XXXXXXX—XXXX6.5.3.1對聚合物電解質進行沖模,制出直徑19mm、厚度為10μm～300μm的圓片狀樣品用于后續測試,將固態電解質圓片在60℃真空烘箱中烘干12h備用。6.5.3.2在水和氧氣都小于或等于5X10-6惰性氣體手套箱中,將聚合物電解質圓片組裝“標準不銹鋼墊片/電解質/標準不銹鋼墊片”CR2032扣式實驗電池,封裝電池壓力為5MPa,在25℃下保存1h。6.5.4分析步驟在溫度(25士2)℃、濕度小于50%的測試條件下,將實驗電池夾在電化學工作站的夾具上。打開電化學工作站。導入CA程序；控制電勢U設置為1V,時間設置為30min,點擊開始測試。待測試完成,得到時間-電流曲測試結束后,拆開電池,按照6.2的測試方法測量聚合物電解質與兩側墊片的總厚度L1、兩個墊片的總厚度L2,,則L=L1-L2,即為聚合物電解質的厚度,將使用的標準墊片的面積記為S。6.5.5結果分析分析時間-電流曲線,選取最后時刻電流作為穩態電流I,按公式(2)及公式(3)計算：式中：U—控制電勢,單位為伏特(V)；I—穩態電流,單位為安培(A)；σ—聚合物電解質的電子電導率,單位為西門子每厘米(S/cm)；L—聚合物電解質的厚度,單位為厘米(cm)；S—標準墊片的橫截面積,單位為平方厘米(cm)；R—聚合物電解質的電阻測量值，單位為歐姆(Ω)。6.6氧化電位、還原電位6.6.1原理通過對鋰/聚合物電解質/惰性電極進行從開路電壓到低電壓的線性伏安掃描,當電流俏開始明顯增大時,表示電解質開始發生還原反應,此時的電壓值為聚合物電解質的還原電位。通過對鋰/聚合物電解質/惰性電極進行從開路電壓到高電壓的線性伏安掃描,當電流值開始明顯增大時,表示電解質開始發生氧化反應,此時的電壓值為聚合物電解質的氧化電位。6.6.2儀器設備電化學工作站。6.6.3試樣處理6.6.3.1聚合物電解質進行裁剪,制出直徑19mm、厚度為10μ~300μm的圓片狀樣品用于后續測試,將固態電解質圓片在60℃真空烘箱中烘干12h備用。6.6.3.2在水和氧氣都小于或等于5×10-6“的惰性氣體手套箱中,以不銹鋼惰性電極作為工作電極,鋰片作為參比電極/對電極,組裝成“鋰/電解質/標準不銹鋼墊片”CR2032實驗電池,封裝電池壓力為5MPa,在25℃下保存1h。6.6.4分析步驟6.6.4.1打開電化學工作站,調用線性掃描(LSV)程序。6.6.4.2測試還原電位：設置電壓掃描范圍為開路電壓到0V,掃描速度為0.1mV/s；測試氧化電位：設置電壓掃描范圍為開路電壓到6.5V,掃描速度為0.1mV/s。6.6.4.3在溫度(25士2)℃,濕度小于50%的測試條件下,將實驗電池夾在電化學工作站的夾頭。5T/XXXXXXX—XXXX6.6.4.4點擊軟件操作界面的“開始”按鈕,進行測試,待測試完成,得到電壓-電流曲線。6.6.5處理結果觀察電壓-電流曲線,從高電壓到低電壓掃描時,當電壓掃至某個數值,電流會有明顯的上升現象,當電流值到達-10μA時,此時的電壓值認為該電解質的還原電位；從低電壓到高電壓掃描時,當電壓掃至某個數值,電流會有明顯的上升現象,當電流值升高到10μA時,此時的電壓值認為該電解質的氧化電位。6.7鋰離子遷移數6.7.1原理使用計時電流法(CA)與交流阻抗法聯用,將固態聚合物電解質與金屬鋰電極組裝為對稱電池,設置一定的偏置電勢AV(10mV～20mV),記錄響應電流隨時間的變化曲線,待電流達到穩定,則認為陰離子遷移對電流的貢獻值為0,電路中僅存在鋰離子傳輸,記錄穩態電流值IS,則可進一步計算得到鋰離子遷移數。6.7.2儀器設備6.7.2.1電化學工作站。6.7.2.2其他一般實驗室儀器及設備。6.7.3試樣處理6.7.3.1聚合物電解質進行裁剪,制出直徑19mm、厚度為10μm～300μm的圓片狀樣品用于后續測試,將固態電解質圓片在60℃真空烘箱中烘干12h備用。6.7.3.2在水和氧氣都小于或等于5X10-6“的惰性氣體手套箱中,將固態電解質圓片組裝“金屬鋰/電解質/金屬鋰”CR2032扣式實驗電池,封裝電池壓力為5MPa,在25℃下保存1h。6.7.4分析步驟6.7.4.1在溫度(25士2)℃,濕度小于50%的測試條件下,將實驗電池夾在電化學工作站的夾具上。6.7.4.2打開電化學工作站。6.7.4.3導入EIS程序,測試初始狀態下的電化學阻抗譜。6.7.4.4導入CA程序,控制電勢U設置為10mV時間設置為2h。6.7.4.5導入EIS程序,測試穩態狀態下的電化學阻抗譜。6.7.4.6點擊軟件操作界面的“開始”按鈕,進行測試，測試結束后得到初始狀態和穩態的Nyquist圖譜及時間-電流曲線。6.7.5結果分析通過分析初始狀態和穩態的Nyquist圖譜,對圖譜進行電路擬合,分別得到初始狀態鈍化層的阻抗R0,和穩態鈍化層的阻抗RS；通過分析時間-電流曲線,選取CA測試開始的電流為初始電流I0,選取最后時刻電流作為穩態電流IS,按公式(4)計算：式中：ΔV—偏置電壓,單位為伏特(V)；R0—初始電流,單位為毫安(mA)；RS—穩態電流,單位為毫安(mA)；0—初始狀態鈍化層的阻抗,單位為歐姆(Ω)；S—穩態鈍化層的阻抗,單位為歐姆(Ω)。6.8熱穩定性通過測試聚合物電解質在加熱過程中的質量損失率,表征聚合物電解質的熱穩定性。測定方法按照GB/T27761的相關規定進行,并記錄失重質量等于原質量20%時的溫度。6.9機械性能6T/XXXXXXX—XXXX測定按照GB/T1040.1-2018和GB/T1040.3-2006的相關規定進行,并控制測試溫度為(25±2)℃,濕度小于10%,規定試驗速度為5mm/min。7檢驗規則7.1檢驗分類檢驗分出廠檢驗和型式檢驗。7.2出廠檢驗出廠檢驗項目及要求見表3。表3檢驗項目1△△2△△3△4△5△6△7△8△9△△7.3型式檢驗每批產品出廠前均應進行外觀、厚度、含液量、離子電導率、電子電導率、氧化電位、還原電位、鋰離子遷移數、熱穩定性、機械性能的檢驗。7.4檢驗判定7.4.1組批與抽樣7.4.1.1組批產品檢驗應以批為單位，應以同一批次的原材料投產、按同一生產工藝的產品組成一個檢驗批。7.4.1.2抽樣抽樣應按GB/T6678的規定執行。7.4.2判定規則7.4.2.1每批產品應經工廠質量檢驗部門按本文件規定項目檢驗合格后簽發合格證，方可出廠。7.4.2.2應按GB/T8170的規定進行判定。7.4.2.3當有一項不符合時，重新加倍取樣，重新檢驗的結果仍不符合指標時，則該批產品為不合格8標志、包裝、運輸和貯存8.1標志電解質外包裝上應打印如下標志(或貼標簽)：a)供方名稱；b)產品名稱；7T/XXXXXXX—XXXXc)產品批號；d)本文件編號；e)生產日期和檢驗日期。