《电动汽车固态电池用固体电解质技术规范》GB-Z 214-2026

1电动汽车固态电池用固体电解质技术规范本文件规定了电动汽车固态电池用固体电解质膜离子电导率、电子电导率、电化学窗口、空气稳定性及水分含量要求，描述了相应的试验方法。本文件适用于在电动汽车固态电池中使用的聚合物基固体电解质膜和硫化物基固体电解质膜，其他类型固体电解质膜参考使用。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GB/T6283化工产品中水分含量的测定卡尔·费休法(通用方法)GB/T45330—2025锂离子电池正极材料水分含量的测定卡尔费休库伦法3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。阻塞电极blockingelectrode注：阻塞电极主要分为两类：电子阻塞电极(对电子阻塞、对离子导通)、离子阻塞电极(对离子阻塞、对电子导通)。氧化电位oxidationpotential在一定电位下发生氧化反应(失去电子)的物理量。还原电位reductionpotential在一定电位下发生还原反应(得到电子)的物理量。空气稳定性airstability固体电解质膜暴露在空气环境前后其离子电导率的保持率。水分含量watercontent固体电解质膜中水的质量分数。2聚合物基固体电解质polymer-basedsolidelectrolyte聚合物固体电解质的质量占比不低于50%的固体电解质。硫化物基固体电解质sulfide-basedsolidelectrolyte硫化物固体电解质的质量占比不低于50%的固体电解质。4.1离子电导率4.2电子电导率4.3电化学稳定窗口按照6.3进行固体电解质膜电化学稳定窗口测试，电化学窗口中的氧化电位应不低于4.5V,还原电位应不高于1.5V。4.4空气稳定性按照6.4进行空气稳定性测试，固体电解质膜空气稳定性应不小于80%。4.5水分含量按照6.5进行水分含量的测定，固体电解质膜水分含量应不大于0.03%。5试验条件5.1环境条件除另有规定外，各项试验应在下列环境条件下进行：——温度：25℃±2℃;——露点：-45℃~-40℃(采用扣式电池进行测试的，测试环境不限制此露点范围);含有硫化物、卤化物等对空气敏感材料的固体电解质膜，宜在水氧含量可控的手套箱内进行测试，测试过程中手套箱内水含量小于0.1mL/m³,氧气含量小于0.1mL/m³。5.2通用测试条件通用测试条件包含以下内容：——除水分测试外，其他测试项目中需要使用压力模具的，宜采用附录A中的压力模具；——应结合固体电解质膜的压力特性，选择合适的测试装置，硫化物基固体电解质宜选用压力模具，聚合物基固体电解质制造商可根据材料成分及特性选取扣式电池或压力模具；——测试中如需施加成型压强，可参考固态电池生产制备压强参数执行。35.3仪器、仪表准确度仪器、仪表准确度应不低于以下要求：——施压装置：±2%FS;——温度测量装置：±1℃;——湿度测量装置：±2%(相对湿度);6试验方法6.1离子电导率按照附录B进行固体电解质膜离子电导率测试。6.2电子电导率按照附录C进行固体电解质膜电子电导率测试。6.3电化学稳定窗口按照附录D进行固体电解质膜电化学稳定窗口测试。6.4空气稳定性按照附录E进行空气稳定性测试。6.5水分含量按照附录F进行水分含量的测定。4(资料性)压力模具典型结构所示。图A.1压力模具典型结构示意图A.2上、下压杆最大可承受压强应不小于600MPa,宜选择SUS440C材质，上压杆直径10mm,下压杆A.3套筒的材质宜选用聚醚醚酮材质。A.4上压杆与下压杆芯的外表面应有沿套筒内壁上下往复移动的自由度。A.5上、下压杆在与套筒之间的接触面，均应有氟橡胶密封圈，密封圈和压杆、压杆之间应有密封件，材质宜选用聚甲醛树脂(POM塑料)、聚四氟乙烯等，保证在上下压杆相对于套筒移动过程中，套筒内部仍然处于密封状态。A.6上压杆的底面及下压杆的顶面，即与材料接触的面，表面粗糙度Ra应不大于0.8μm,以保证材料之间有良好的接触。A.7压力可控装置的压力端位于上压杆的顶面及下压杆的底面，与压力模具接触的位置应有绝缘件。A.8上压杆与下压杆中均应包含用于引出电池电极引线的导流柱，导流柱可用于与电化学分析设备的电极引线相连接。5(规范性)离子电导率的测定B.1试样制备B.1.1扣式电池试样制备试样制备步骤如下。a)选取直径不大于18mm的固体电解质膜样品，并记录样品直径。b)将扣式电池零部件(正负极壳、垫片、弹片)放入真空烘箱内以80℃烘烤，时间不少于8h,后冷c)在露点不高于-40℃的干燥间完成扣式电池(标准不锈钢垫片/固体电解质膜/标准不锈钢垫片/弹片)的装配。扣式电池的封装压力宜为5MPa。d)在测试环境温度下静置不少于1h。B.1.2压力模具试样制备试样制备步骤如下：a)选取直径为20mm的固体电解质膜样品及两个直径分别为10mm及20mm的离子阻塞电极(如涂碳箔材、不锈钢等);b)将离子阻塞电极/固体电解质膜/离子阻塞电极放入压力模具套筒内，通过施加压强使得离子阻塞电极与固体电解质膜接触良好，施加成型压强为200MPa～500MPa,或根据制造商提供的技术条件施加，且保压时间不少于30s;c)在测试环境温度下静置不少于1h。B.2测试方法B.2.1测试过程按以下步骤测试。a)打开电化学工作站。b)将完成预处理的试样或试样的引出端子与电化学工作站的夹具相连，对于压力模具试样，测试压强与B.1.2b)中成型压强保持一致或根据制造商要求施加。c)进入电化学工作站交流阻抗(EIS)测试模式，设置参数为振幅10mV,聚合物基固体电解质测试范围设置为1MHz～1Hz,硫化物基固体电解质膜测试范围设置为10MHz～1Hz,从高频开d)选取如图B.1所示拟合电路模型，对EIS阻抗谱进行拟合，读取阻抗R(即模型中R₁+R₂)。图B.1交流阻抗拟合电路示意图6e)对于不符合典型阻抗谱(见图B.2)的测试曲线，如硫化物基固体电解质膜，可选取曲线与横轴的交点作为阻抗R,如无交点，则选取最低点投影对应的X轴数值作为阻抗R。图B.2电解质典型阻抗谱示意图f)采用压力模具测试的样品，测试完成后拆解压力模具，取出固体电解质膜，测量其厚度L,并将上压杆面积作为膜的有效面积S;采用扣式电池测试的样品，测试完成后拆解扣式电池，参考GB/T6672的厚度测试方法测量固体电解质膜与两侧不锈钢垫片的总厚度L、两个垫片的厚度L₂,则L₁和L₂的差值L为固体电解质膜的厚度，将使用的标准不锈钢垫片的面积作为膜的有效面积S。B.2.2数据处理按照公式(B.1)计算被测样品室温离子电导率。式中：0;——被测样品离子电导率，单位为西门子每厘米(S/cm);R——被测样品阻抗值，单位为欧姆(ΩS——被测样品有效面积，单位为平方厘米(cm²)。测试结果应四舍五入至三位有效数字。7(规范性)电子电导率的测定C.1试样制备C.1.1扣式电池试样制备试样制备步骤如下。a)选取直径不大于18mm的固体电解质膜样品，测试并记录样品直径。b)将扣式电池零部件(正负极壳、垫片、弹片)放入真空烘箱内以80℃烘烤，时间不少于8h,后冷c)在露点不高于-40℃干燥间完成扣式电池(标准不锈钢垫片/固体电解质膜/标准不锈钢垫片/弹片)的装配。扣式电池的封装压力宜为5MPa。d)在测试环境温度下静置不少于1h。C.1.2压力模具试样制备试样制备步骤如下：a)选取直径为20mm的固体电解质膜样品及两个直径分别为10mm及20mm的离子阻塞电极(如涂碳箔材、不锈钢等);b)将离子阻塞电极/固体电解质膜/离子阻塞电极放入附录A中的压力模具套筒内，通过施加压强使得离子阻塞电极与固体电解质膜接触良好，施加成型压强为200MPa～500MPa,或根据制造商提供的技术条件施加，且保压时间不少于30s;c)在测试环境温度下静置不少于1h。C.2测试方法C.2.1测试过程按以下步骤测试。a)打开电化学工作站。b)将完成预处理的试样或试样引出端子与电化学工作站的夹具相连。对于压力模具试样，测试压强与C.1.2b)中成型压强保持一致或根据制造商要求施加。c)打开电化学工作站恒电流(CA)模式，恒定电压设置为0.5V,时间设置为7200s,开始测试并采集电流，选取电流值在极化结束前100s的时间段内波动幅度小于5%的最后一个点作为其稳态电流。厚度测试方法测量固体电解质膜与两侧不锈钢垫片的总厚度L₁、两个垫片的厚度L₂,则L=L₁-L₂为固体电解质膜的厚度，将使用的标准不锈钢垫片的面积作为膜的有效面积，记为S。C.2.2数据处理按照公式(C.1)计算被测样品阻抗值。8式中：U——施加的恒定电压，单位为伏特(V);I——稳态电流，单位为安培(A)。按照公式(C.2)计算被测样品室温电子电导率。式中：。——被测样品电子电导率，单位为西门子每厘米(S/cm);S——被测样品有效面积，单位为平方厘米(cm²)。测试结果应四舍五入至三位有效数字。9(规范性)电化学稳定窗口的测定D.1试样制备D.1.1扣式电池试样制备试样制备步骤如下。a)选取直径18mm的固体电解质膜样品，并记录样品直径。b)将扣式电池零部件(正负极壳、垫片、弹片)放入真空烘箱内80℃烘烤，时间不少于8h,后冷却至室温备用；扣式电池尺寸宜为直径20mm,高度3.2mm。c)完成扣式电池(标准不锈钢垫片/固体电解质膜/锂可逆电极/标准不锈钢垫片/弹片)的装配。扣式电池的封装压力宜为5MPa。d)在测试环境温度下静置不少于1h。D.1.2压力模具试样制备试样制备步骤如下：a)选取直径为20mm的固体电解质膜样品及直径分别为10mm、20mm的离子阻塞电极；b)将固体电解质膜置于附录A中的压力模具套筒内，将压力模具进行组装，使用加压设备对其缓慢施加不小于200MPa压强，施加压力时间不少于30s,使固体电解质膜压制成型；c)将步骤b)的压力模具上下压杆取出；d)将下压杆侧放入直径20mm的离子阻塞电极，并推入套筒内；e)在步骤d)套筒内依次放入锂可逆电极(直径宜为8mm)、直径10mm的离子阻塞电极，将上压杆推入套筒内，完成压力模具组装；f)利用压力设备对组装后的压力模具缓慢施加不大于50MPa的压强，压制压力模具不少于30s,形成离子阻塞电极/固体电解质膜/锂可逆电极/离子阻塞电极内部结构的压力模具；g)测试压强与步骤f)中施加压强保持一致或根据制造商要求施加；h)在测试环境温度下静置不少于1h。D.2测试方法D.2.1测试过程按以下步骤测试。a)打开电化学工作站。b)将完成预处理的试样或试样的引出端子与电化学工作站的夹具相连。c)打开电化学工作站线性扫描伏安法(LSV)模式，设置电压上限6.0V(对锂电位),扫速宜不高于线。当电流密度达到5μA/cm²时，记录下该点的电压为氧化电位。d)打开电化学工作站LSV模式，设置电压下限0V(对锂电位),扫速宜不高于0.5mV/s,开始测试，采集电压、电流，按照公式(D.1)计算电流密度值，并制作电压-电流密度曲线。当电流密度达到5μA/cm²时，记录下该点的电压为还原电位。D.2.2数据处理按照公式(D.1)计算被测样品上电流密度，通常用符号J表示。式中：J——被测样品上的电流密度，单位为微安每平方厘米(μA/cm²);S——被测样品有效反应面积(即锂可逆电极面积),单位为平方厘米(cm²)。测试结果应四舍五入至三位有效数字。(规范性)空气稳定性的测定E.1试样暴露条件取样大小为10cm×10cm。测试时将电解质膜放置在露点-45℃~-40℃的环境中平铺放置，暴露时间4h。暴露后，可根据制造商要求且提供的与实际生产工艺参数一致的烘烤条件对固体电解质膜进行烘烤。E.2测试方法按照附录B,对暴露前和暴露后(或暴露并烘烤后)的固体电解质膜样品进行离子电导率的测试。E.3数据处理暴露前试样的离子电导率以o计，按公式(E.1)进行计算。式中：0o——暴露前固体电解质的离子电导率，单位为西门子每厘米(S/cm);L₀——暴露前固体电解质的圆片厚度，单位为厘米(cm);So——暴露前固体电解质的圆片面积，单位为平方厘米(cm²);R₀——测得的暴露前固体电解质的阻抗值，单位为欧姆(Ω)。暴露后(或暴露并烘烤后)试样的离子电导率以o计，按公式(E.2)进行计算。式中：0n——暴露后(或暴露并烘烤后)固体电解质的离子电导率，单位为西门子每厘米(S/cm);Lₙ——暴露后(或暴露并烘烤后)固体电解质的圆片厚度，单位为厘米(cm);S.——暴露后(或暴露并烘烤后)固体电解质的圆片面积，单位为平方厘米(cm²);R,——测得的暴露后(或暴露并烘烤后)固体电解质的阻抗值，单位为欧姆(Ω)。式中：T.——固体电解质的空气稳定性；0o——暴露前固体电解质的离子电导率，单位为西门子每厘米(S/cm);0。——暴露后(或暴露并烘烤后)固体电解质的离子电导率，单位为西门子每厘米(S/cm测试结果应四舍五入至三位有效数字。(规范性)水分含量的测定F.1试剂或材料满足仪器要求的高纯载气(如氮气),适用的体积纯度≥99.999%。F.2仪器设备仪器设备应符合以下要求：——蒸发器：包含能把测试部位加热至300℃的加热炉、温度控制单元等器件；——烘箱：精度±2℃;——分析天平：精度0.0001g;——手套箱：水含量小于0.1mL/m³,氧含量小于0.1mL/m³。F.3试验条件试验应在下列条件下进行：——温度：22℃±5℃;——整个测试过程均在干燥环境(露点不高于-40℃)中进行；F.4试验步骤F.4.