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一文带你学会快速测试硫化物固态电解质的空气稳定性!





1、背景



目前全固态电池的发展备受瞩目,其中硫化物固态电解质由于其离子电导率高,能达到液态电解质水平,且冷压能和电极贴合,不用高温烧结,很适合大规模量产,是很有前景的技术路线。

但硫化物电解质有个关键问题:对空气特别敏感,遇到少量水汽和氧气就会发生不可逆反应,结构受损、电导率大幅下降,还会释放有毒 H₂S 气体。这不仅影响电池循环稳定性,也给生产、存放、运输带来安全风险。

怎么准确、真实地评价硫化物电解质的空气稳定性,给材料研发、工艺改进和量产管控提供可靠数据?和传统静态暴露法相比,动态气流法更贴近实际使用场景,是目前测试硫化物电解质空气稳定性的更优方法,也是元能科技在固态电池测试方面的核心技术之一。




















2、动态气流法的定义




动态气流法,是一种持续、稳定、可控的流动气体流过材料表面,用来测试硫化物电解质等材料在空气中稳定性的方法,核心原理是通过设备持续产生可控、稳定的气流(可精准调控流速、温度、湿度、氧气浓度等参数),让气流持续流经被测样品表面或周围,模拟产品在真实使用中的动态空气环境(如高空气流、设备散热气流、自然风等),实时监测样品在动态气流作用下的物理、化学、电化学性能变化,进而量化其空气稳定性的测试方法。

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图1.动态气流法空气稳定性测试示意图





3、动态气流法的优势




在硫化物固体电解质空气稳定性测试中,动态气流法与静态气流法是两种常见方式,但结合T/CSAE 477-2025团体标准及元能科技实测经验,动态气流法在科学性、实操性上更具优势,具体对比如下:

表1.动态气流法与静态气流法比较

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4、实测案例




 4.1 测试设备

采用元能科技自研的硫化物空气稳定性检测系统(IEST-AST-1)如图2所示,该设备可实现高精度气体流量控制、不同露点空气精准调节、腔体气密性高耐腐蚀、实时监测H₂S浓度、测试数据实时存储等特点。

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图2. 硫化物空气稳定性检测系统

4.2 测试样品

不同厂家提供的硫化物固态电解质Sample1、Sample2。

4.3 结果分析

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图3.(a)Sample1、Sample2样品的硫化氢浓度随时间变化图;(b)Sample1在不同露点硫化氢浓度随时间变化图;

(c)Sample1样品 H₂S 释放峰值浓度与环境露点的线性拟合图

图3a:在-40 ℃露点的干燥环境中对比了Sample 1和Sample 2两种硫化物电解质的空气稳定性差异。Sample 2的H₂S释放明显更低,峰值和总释放量都小于Sample 1,稳定性更好。Sample 1释放量大,用在固态电池体系中,其产生的H₂S会腐蚀内部材料导致电芯性能下降,泄漏会存在较大安全风险。

 图3b:Sample1在-20 ℃到- 40 ℃不同露点下,样品H₂S释放规律一致,先经过诱导期,再快速上升到峰值,之后缓慢下降,峰值多在15–20秒。表明环境越潮湿,峰值越高、衰减越慢;-20 ℃露点时峰值约45 ppm,-40 ℃时约4 ppm。环境越干燥,H₂S释放越弱,这一结果可以支撑材料在低露点环境下的使用。

图3c:Sample1样品 H₂S 释放峰值浓度与环境露点的线性拟合图。结果显示,H₂S 释放峰值与露点呈极强线性正相关(r=0.9979,R²=0.9958),拟合方程为 y=86.4+2.04x。露点越高(环境越湿润),H₂S 释放峰值越高;露点越低(环境越干燥),H₂S 释放越弱,明确了环境干燥度对硫化物电解质空气稳定性的关键调控作用。




5、结论




本文介绍了一种动态气流的方法,可在一套系统里实现环境湿度控制以及实时测试H₂S 含量,评价硫化物电解质的稳定性,帮助该材料在后续的大批量产业化应用中确定合适的工艺参数。

元能科技  2026-07-03  |  阅读:14
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