《陶瓷電極材料離子傳輸性能試驗方法》

1JC/TXXXXX—20XX本文件描述了以電化學阻抗譜法（EIS）測定陶瓷電極離子傳輸性能的試驗方法。本文件適用的陶瓷電極離子傳輸性能的范圍是10-10cm2/s~10-16cm2/s。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)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/T3102.5電學和磁學的量和單位GB/T25995精細陶瓷密度和顯氣孔率試驗方法3術語和定義GB/T3102.5界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1陶瓷電極ceramicelectrode電池中輸入或輸出電流的陶瓷端子，用于離子的傳輸。3.2離子傳輸性能iontransportcoefficient陶瓷電極離子傳輸能力的表征，與電池的充放電性能密切相關，單位為cm2/s。3.3電化學阻抗譜electrochemicalimpedancespectroscopy(EIS)將不同頻率的小振幅的交流信號應用于電化學系統(tǒng)，測量交流信號電壓與電流的比值隨正弦波頻率2JC/TXXXXX—20XXRi——離子傳輸電阻；圖1阻抗譜示意圖3.4等效電路equivalentcircuit將電化學系統(tǒng)抽象作一個由電阻（R）、恒電位元件（CPE）和電感（L）等基本元件組成的電路模型，用于阻抗譜的分析，如圖2所示。Ri——離子傳輸電阻；圖2等效電路示意圖4原理利用電化學阻抗譜法（EIS）對樣品進行測試，得到高、低頻阻抗曲線。如圖1所示，高頻區(qū)域的阻抗譜與X軸相交的截距為Ri，高頻區(qū)域的阻抗譜為電荷轉移電阻Rct。通過處理低頻阻抗譜，可以得到韋伯系數(shù)(σ),按公式（1）計算出離子傳輸性能（D）。D=2A22σ2…………（1）D——離子傳輸性能，單位為平方厘米每秒（cm2/s）；A——鉑漿印刷面積，單位為平方厘米（cm2R——氣體常數(shù)（R=8.314單位為焦每摩爾開爾文[J/(mol·K)]；T——環(huán)境溫度，單位為開爾文（K）；F——法拉第常數(shù)（F=96500單位為庫侖每摩爾（C/molσ——韋伯系數(shù)。3JC/TXXXXX—20XX5測試儀器具有補償功能的交流阻抗儀。6樣品6.1樣品形狀尺寸直徑10mm~20mm、厚度0.5mm~2mm的圓片。6.2表面粗糙度樣品的表面粗糙度Ra應小于0.2μm。6.3樣品制備通過絲網(wǎng)印刷將陶瓷電極測試樣品的兩個圓面以鉑漿完全覆蓋，在兩側的鉑漿中分別嵌入一條鉑絲作為導線。先將樣品放入干燥箱60oC干燥2h，再將樣品放入馬弗爐中，在900oC熱處理1h。用萬用表確認鉑絲與印刷的鉑漿之間的可靠連接。測試樣品示意圖如圖3所示。圖3測試樣品示意圖7測試7.1體積密度樣品的體積密度根據(jù)GB/T25995規(guī)定的方法測得。7.2電化學阻抗譜將樣品與交流阻抗儀連接，如圖4所示。對于不同的電極，應調整交流電壓信號的頻率范圍和振幅，使測試曲線在高頻區(qū)域呈半圓形，在低頻區(qū)域呈直線，如圖5所示。圖4樣品連接示意圖4JC/TXXXXX—20XX圖5測試曲線示例7.3測量次數(shù)每個樣品測3次，取平均值為測試結果。8計算8.1離子濃度計算按公式（2）計算離子濃度：pMpM………………ρ——樣品體積密度，單位為克每立方厘米（g/cm3M——樣品的相對分子質量，單位為克每摩爾（g/mol）。8.2韋伯系數(shù)擬合得到低頻區(qū)域的Z'與ω-1/2呈線性關系，如圖6所示。由公式（3）可知圖6中直線斜率為韋伯系數(shù)σ。Z'=Rct+Ri+σ負_1/2……（3）Rct——電荷轉移電阻，單位為歐姆(Ω);Ri——離子傳輸電阻，單位為歐姆(Ω)。5JC/TXXXXX—20XX8.3離子傳輸性能將各參數(shù)的數(shù)值代入公式（1）可計算出離子傳輸性能D。9試驗報告試驗報