固態(tài)電池以其優(yōu)異的安全性，高比能量等優(yōu)勢(shì)成為目前的研究熱點(diǎn)，但在使用金屬鋰作為負(fù)極時(shí)也存在諸多問題，比如充放電過程中所發(fā)生的內(nèi)短路問題(internal short circuit)會(huì)嚴(yán)重影響電池的實(shí)際使用 ，那如何對(duì)固態(tài)電池的微短路進(jìn)行測(cè)試呢？

首先，測(cè)試內(nèi)短路需要制備對(duì)稱電池，如下示意圖。

其次，目前微短路的電化學(xué)測(cè)試方法有兩種，即直流(恒電流)和交流(交流阻抗法)

恒電流法測(cè)試內(nèi)短路

恒電流法是對(duì)上述對(duì)稱電池分別施加恒電流30分鐘，0.1 mA cm-2, 0.2 mA cm-2, 0.3 mA cm-2, 0.4 mA cm-2, 0.5 mA cm-2序列步驟依次執(zhí)行，同時(shí)監(jiān)測(cè)電壓隨時(shí)間的變化。

普林斯頓輸力強(qiáng)軟件設(shè)置實(shí)例

文章中由輸力強(qiáng) Modulab ECS測(cè)試的結(jié)果，F(xiàn)ig 10顯示該固態(tài)電解質(zhì)在電流小于0.5 mA/cm2時(shí)沒有發(fā)生內(nèi)短路，鋰金屬溶解和沉積為可逆過程。這意味著鋰金屬枝晶并沒有進(jìn)入固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)致微短路，因?yàn)閱尉щ娊赓|(zhì)的結(jié)構(gòu)非常致密。

從上圖中對(duì)稱電池的內(nèi)短路測(cè)試結(jié)果可以看到，當(dāng)電流增大時(shí)，電壓出現(xiàn)了下降，則表明電阻降低，可以判斷固態(tài)電解質(zhì)發(fā)生內(nèi)短路。

交流阻抗法測(cè)試內(nèi)短路

采用上述對(duì)稱電池結(jié)構(gòu)，分別在Li/LLZNb05/Li對(duì)稱電池極化前后，使用輸力強(qiáng)1260A 進(jìn)行交流阻抗測(cè)試，交流振幅100mV，頻率范圍13MHz-300Hz

Figure 11.AC impedance measurement of the symmetric Li/LLZNb05/Li cell before and after the DC polarization measurement at 298 K.

Figure 11 顯示Li/LLZNb05/Li對(duì)稱電池極化前后的交流阻抗譜 ，總的阻抗極化前約為600 歐姆，極化后約為800 歐姆，如果對(duì)稱電池發(fā)生內(nèi)短路，電阻應(yīng)當(dāng)會(huì)減小，即阻抗曲線中半圓的直徑會(huì)減小。

后續(xù)我們將陸續(xù)推出，固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率測(cè)試，如何區(qū)分電子及離子電導(dǎo)率，如何測(cè)定電化學(xué)窗口等相關(guān)應(yīng)用內(nèi)容，敬請(qǐng)關(guān)注。

以上信息來源

1.ScientificReports,(2018)8:9965, DOI:10.1038/s41598-018-27851-x

2.Journal of The Electrochemical Society, 164 (4) A666-A671 (2017)

3.Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(39):18853-18858