《固态电池锂金属负极界面稳定性测试方法》标准征求意见稿

1T/CMEEEAXXXX—2025固态电池锂金属负极界面稳定性测试方法本文件规定了固态电池锂金属负极界面稳定性测试方法的原理、测试条件、试剂与材料要求、仪器设备、样品、测试方法、实验数据处理、质量保证和控制和测试报告。本文件适用于固态电池锂金属负极界面稳定性的测试与评价。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T25915.7洁净室及相关受控环境第7部分：隔离装置（洁净风罩、手套箱、隔离器、微环境）GB/T27788微束分析扫描电镜图像放大倍率校准导则GB/T28892表面化学分析X射线光电子能谱选择仪器性能参数的表述GB/T29251真空干燥箱GB31241便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全技术规范GB/T39482.3涂漆和未涂漆金属试样的电化学阻抗谱(EIS)第3部分:从模拟电解池获得数据的处理和分析NB/T10294机房走线架JJF2058恒温恒湿实验室环境参数校准规范ISO16773-4有涂层和无涂层金属样品的电化学阻抗频谱(EIS).第4部分:有聚合物涂层和无聚合物涂层样品频谱示例[Electrochemicalimpedancespectroscopy(EIS)oncoatedanduncoatedmetallicspecimens-Part4:Examplesofspectraofpolymer-coatedanduncoatedspecimens]3术语和定义GB31241界定的及下列术语和定义适用于本文件。3.1锂枝晶ithiumdendrite锂金属在充放电过程中沿界面异常生长的树枝状金属锂，其生长会导致界面阻抗增大、电池短路风险升高。4原理4.1电化学阻抗谱原理通过施加交流信号，测量界面阻抗谱，拟合得到界面阻抗，其增长速率越小，则界面稳定性越好。4.2恒电流充放电原理以一定的电流密度进行锂沉积/剥离循环，记录电压（U）-时间（t）曲线，计算库伦效率，当库伦效率满足条件且循环后无电压突降，表明界面无明显锂枝晶短路。4.3物理表征原理T/CMEEEAXXXX—20252通过扫描电子显微镜（SEM）观察界面形貌，若无直径≥1μm的锂枝晶；X射线光电子能谱（XPS）检测界面反应产物含量≤5at%，则界面稳定性良好。5测试条件5.1环境条件固态电池锂金属负极界面稳定性测试环境条件应符合以下要求：a）温度：固态电池锂金属负极界面稳定性测试温度应满足（25±2）℃;b）相对湿度：测试相对湿度应≤10%；c）气氛：测试全程在氩气手套箱内操作，H2O/O2＜0.0001%；d）气压：测试气压为（101.3±5）kPa。5.2预处理条件固态电池锂金属负极界面稳定性测试预处理条件应符合以下要求：a）固态电解质预处理：80℃下真空干燥12h，真空度≤1×10-3Pa，去除吸附水；b）锂金属负极预处理：用无水乙醇擦拭表面，去除氧化层，随后在手套箱内静置30min；c）样品组装环境：全程在手套箱内进行，组装完成后静置2h，待界面稳定后开始测试。6试剂与材料要求固态电池锂金属负极界面稳定性测试的试剂与材料应符合表1要求。表1固态电池锂金属负极界面稳定性测试试剂要求7仪器设备固态电池锂金属负极界面稳定性测试的仪器设备应符合表2规定。表2热稳定性测试仪器设备EIS频率范围10Hz～10Hz，电流精度±0.1%HO/O＜0.0001%存3燥封装压力5MPa～10MPa，压力精度±0.8样品8.1样品制备固态电池锂金属负极界面稳定性测试样品制备应符合以下要求：a）锂金属负极：厚度50μm～100μm、纯度≥99.99%、有效测试面积1cm²~2cm²,采用轧制法制备，表面粗糙度Ra≤0.5μm。b）固态电解质：厚度10μm～20μm，有效面积与锂金属负极一致；硫化物型锂离子电导率≥10-3S/cm（25℃)、氧化物型≥10-4S/cm（25℃),纯度均≥99.9%；聚合物型采用流延法制备，无机类采用烧结法，按照本文件的要求控制制备过程。c）正极（模拟电池用）：以纯度≥99.5%的LiFePO4为活性物质，与导电炭、PVDF按质量比8:1:1混合，涂层厚度30μm～50μm，采用涂覆法制备，压实密度（2.0±0.1）g/cm³。d）电池结构（扣式模拟电池）：采用扣式电池，堆叠顺序为“锂金属负极→固态电解质→正极→铜集流体→垫片→弹片→外壳”；铜集流体厚度（10±1）μm、纯度≥99.99%，PTFE垫片厚度（50±5）μm且耐温≥200℃；组装全程在手套箱内进行，封装压力8MPa，符合GB/T31241规定。8.2样品保存固态电池锂金属负极界面稳定性测试样品保持应符合以下要求：a）样品数量：每组测试至少制备3个平行样，确保数据重复性；b）储存条件：未测试样品置于手套箱内，储存时间不超过72h；c）组装好的半电池：手套箱内静置24h后进行测试，未测试完成的电池需继续在手套箱内保存，保存期限不超过5天；d）样品标识：每个样品标注编号、制备日期、固态电解质类型、锂负极厚度。9测试方法固态电池锂金属负极界面稳定性测试方法应符合表3规定。表3固态电池锂金属负极界面稳定性测试方法3.扫描频率10Hz～10Hz（从高频到低频）；1.设定恒电流模式，电流密度0.1mA/cm²~1mA/cm²;4.若出现电压突降(≤0.1V），停止测试并记录循环），2.取锂负极-固态电解质界面样品，用导电胶固定在样放大倍数：500~4），4.设定加速电压5kV～10kV，观察界面形貌，拍摄51.拆解后的样品转移至XPS样品室，其真空度≤1×10），）；3.扫描范围0eV～1350eV（全谱），重点分析Li1s4.用XPSPeak软件分峰拟合，记录各检测深度：1nm～10nm；数据采集：每个谱图扫描次数≥5次10实验数据处理10.1数据记录在测试过程中，应详细记录所有原始数据，包括但不限于测试环境条件、仪器设备参数、样品信息、测试步骤及每个步骤的具体操作细节、测量得到的数值及其单位，并确保数据记录的准确性和完整性。10.2数据处理方法a）界面阻抗（Rei）数据处理：采用软件对EIS数据拟合，提取循环前后界面阻抗并计算变化率，按照公式（1）计算；数据精度按照本文件的要求，拟合误差≤5%，平行样RSD≤10%。变化率计算公式：式中：△-界面阻抗变化率；Rei前-循环前界面阻抗，单位为Ω;Rei后-循环后界面阻抗，单位为Ω。b）库伦效率（CE）数据处理：基于锂沉积/剥离循环每圈充放电容量计算，每圈库伦效率按照公式（2）计算，50圈平均库伦效率按照公式（3）计算；容量测试精度≥±0.1mAh，CE结果保留1位小数，其余按照本文件的要求执行。库伦效率计算公式：式中：CEi-每圈库伦效率；U放电容量i-每圈样品的放电容量，单位为mAh；-每圈样品的充电容量，单位为mAh。50圈平均库伦效率计算公式：式中：CE-50圈平均库伦效率；CEi-第i圈样品库伦效率。c）锂枝晶尺寸数据处理：软件分析SEM界面照片，选取5个区域测量锂枝晶最大长度、面积，计算平均值；长度测量精度≥±0.1μm，面积≥±0.01μm²,符合本文件的精度要求。d）界面元素含量数据处理：软件对XPS高分辨谱分峰拟合；结果保留2位小数，平行样RSD≤8%。10.3重复性与再现性评估10.3.1重复性T/CMEEEAXXXX—20255同一实验室、同一操作员对同一样品进行多次测试，计算测试结果的相对标准偏差（RSD）。10.3.2再现性不同实验室或不同操作员对同一样品进行测试，通过计算实验室间测试结果的相对偏差，评估再现性，要求相对偏差≤10%。10.4数据审核与异常处理10.4.1数据审核对所有测试数据进行严格审核，包括数据的准确性、完整性和合理性。审核内容应涵盖数据记录是否规范、计算过程是否正确、测试结果是否符合预期等。10.4.2异常数据处理当发现测试数据异常时，应进行复查。首先检查测试过程中是否存在操作失误、仪器设备故障或环境条件不符合要求等情况。如确定数据异常，应重新进行测试，并记录异常原因及处理措施。10.5测试结果将测试结果以清晰、准确的方式呈现，包括数据表格、图表、文字描述等。对于每个测试项目，应提供详细的测试结果，并对测试结果进行分析，结合样品的制备工艺、材料特性等因素，探讨物理与电化学性能之间的内在联系。分析结论包括性能指标的优劣、可能的影响因素、改进建议等。11质量保证和控制11.1仪器设备校准所有仪器设备应定期送至专业计量机构进行校准，并在有效期内使用。11.2环境监测在测试过程中，应实时监测环境温度和湿度，并记录相关数据，当环境条件超出规定范围时，应暂停测试并采取相应的措施进行调整。11.3样品检查在测试前和测试后，应对样品进行外观检查，确保样品无损坏或污染。11.4人员保证测试人员应具备材料科学、化学等相关专业本科及以上学历，或持有固态电池测试领域专业技术资格证书。严格执行本文件规定的测试方法，对关键工序需双人复核并签署操作记录。1