锂离子固体电解质研究中的电化学测试方法

黄 晓，吴林斌，黄 祯，林 久，许晓雄,2,3

（1浙江锋锂新能源科技有限公司，浙江 宁波 315201；2江西赣锋锂业股份有限公司，江西新余 338000；3中国科学院宁波材料技术与工程研究所，浙江 宁波 315201）

1 锂离子固体电解质及其基础电学与电化学性能

1.1 锂离子固体电解质的定义

锂离子固体电解质在工作温度条件下为固态，其载流子为Li+，离子电导率可以达到10-4～10-2S/cm，电导活化能Ea<0.5 eV（48.24 kJ/mol），电子电导率应低于10-8S/cm。锂离子固体电解质的离子电导率服从Arrhenius定律，即：σT=Aexp（-Ea/kBT），其中σ为离子电导率；T为温度；kB为Boltzmann常数；A为指前因子。

1.2 锂离子固体电解质的发展

自20世纪70年代至今，锂离子固体电解质已有近五十年的发展历史。表1汇总了半个世纪以来材料体系的发展历程。开发高性能固体电解质的目的是为了发展固态电池，以下结合固态电池对电解质的基础性能要求阐述材料体系的发展现状。

（1）固体电解质应具备高离子电导率，其数值在工作温度条件下应高于1 mS/cm。3 C电子与动力锂电池的工作场景温度范围是-20～60℃。目前，只有少数硫化物体系锂离子固体电解质的离子电导率可以在-20℃低温条件中达到1 mS/cm。大部分氧化物与聚合物固体电解质在25℃中无法达到1 mS/cm，它们的电导性能与液体电解质相差较大。不过，使用溅射方式可制备厚度仅为1～2 μm的电解质薄膜，减少离子电导率较低的固体电解质贡献的内阻，例如基于金属锂负极、LiPON电解质和LiCoO2正极的薄膜电池已经被用于严苛环境中的特殊器件中。此外，固体电解质具有不挥发、热稳定性高的特点，且在高温环境中其离子电导率更高，适合开发高温电池器件。

（2）固体电解质的电子电导率与离子电导率比值应小于10-4。……