行业标准项目建议书
建议项目名称
(中文)
固态锂离子电池电解质离子电导率测定方法
建议项目名称
(英文)
Determination of ionic conductivity of solid electrolyte
制定或修订
■制定 □修订
被修订标准号
采用程度
□IDT □MOD □NEQ
采标号
国际标准名称
(中文)
国际标准名称
(英文)
采用快速程序
□FTP
快速程序代码
□B □C
ICS分类号
77.160
中国标准分类号
H16
牵头单位
合肥国轩高科动力能源有限公司
体系编号
M4221
参与单位
厦门大学、厦门厦钨新能源材料股份有限公司、元能科技(厦门)有限公司、贝特瑞新材料集团股份有限公司
完成周期(月)
24
目的、意义
或必要性

本项目属于“六大产业链”中“汽车-新能源汽车-原材料-电池原材料”,该产业链的发展离不开政策的支持。《2022年全国标准化工作要点》(国标委发〔2022〕8号)要求“研制新能源汽车和智能网联汽车等领域急需标准”。《关于振作工业经济运行 推动工业高质量发展的实施方案》(发改产业〔2021〕1780号)要求“统筹优化产业布局,支持新能源汽车加快发展”。中共中央 国务院印发《国家标准化发展纲要》要求“在新能源、新材料等应用前景广阔的技术领域,同步部署技术研发、标准研制与产业推广,加快新技术产业化步伐。研究制定智能船舶、高铁、新能源汽车、智能网联汽车和机器人等领域关键技术标准,推动产业变革”等政策都对新能源汽车产业给予了大力支持。

电池作为新能源汽车的心脏,固态电池等新技术的发展同样得到了政策的支持。2020年10月《节能与新能源汽车技术路线图2.0》发布,要求加大固态电池研发力度。2020年11月《新能源汽车产业发展规划(2021-2035) 》提出了2025年新能源汽车销量占新车销量的20%,2035年纯电动汽车成为主流,公共领域用车全面电动化的愿景,明确了加强固态电池研发和产业化进程的要求。长续航和高安全是新能源汽车取代传统燃油汽车的关键所在,发展固态电池是政策和市场的双重导向。

全球范围内均在加大固态电池的布局,中、日、韩在固态电池领域处于技术领先地位。美国Solid Power开发出2Ah硫化物全固态金属锂电池,并计划2025年达到产业化;其全固态硅负极路线则计划在2022年生产100Ah电池,并向宝马和福特提供送测。固态电解质目前主要有三大技术路线,聚合物最早实现商业化但存在致命缺点,氧化物体系目前进展较快,而硫化物处于开发早期但潜力巨大,选择聚合物路线的以欧美企业为主,高能聚合物是未来的研发方向(如博世/Seeo、Ionic Materials、Medtronic、Blue Solutions/Bollore等)。国内企业较多选择氧化物路线,非薄膜型已尝试打开消费电子市场(卫蓝新能源、台湾辉能、清陶能源、TDK、NGK Insulators、Fujitsu、Murata、Hitachi、Toshiba、Quantumscape)。硫化物路线受日韩企业热捧,性能好且最适配固态电池,但同时研究难度也最大(Toyota、Panasonic、出光兴产、CATL、中科院物理所、卫蓝新能源、中科院宁波材料所、浙江锋锂、日立造船、LG化学等)。

锂电/电池企业及整车企业都积极布局固态电池技术,但目前行业尚处于半固态向全固态发展的阶段,国内方面蔚来发布150Wh混合固态电池包,计划于2022年Q4开始交付,完成3.26亿美元新一轮投资,资金主要用于固态锂电池量产建设。辉能科技完成3.26亿美元新一轮投资,资金主要用于固态锂电池量产建设。赣锋锂业与东风汽车合作开发的固态电池示范运营车全球首发,首批50台东风风神E70完成交付仪式,国轩高科公布半固态电池,预计将在2022Q4开始小批量量产装车,在2023年实现产业化。而国际方面,大众对固态电池企业Quantum-Scape追加1亿美元的投资;福特&宝马将于2022年开始测试全固态电池;预计在2025年进入固态电池道路实测或量产应用阶段。总之,目前行业尚处于半固态向全固态发展的阶段,全固态电池的技术难题仍有待解决,但发展仍然迅速。中国因为产业链成熟,选择混合固液电解质路线可率先量产,国轩高科为国内某高端纯电动配套半固态电池实现超1000km的续航里程,其电芯能量密度达到360wh/kg,相比市面上主流三元锂电池有大幅提升。

固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。固态电解质是固态电池技术的核心,很大程度上决定了固态电池的的各项性能参数,如功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能以及使用寿命。与传统液态电解质相比,固态电解质具有以下优势:材料不可燃;加工性能好;简化了电池结构;具有良好的化学稳定性。而用来判断固态电解质性能优劣的最主要性能指标为离子电导率,离子电导率可以在一定程度上预测电池性能。由于电解质/电极界面存在较高的阻抗,固态电解质的高离子电导率是大家追求的方向。离子电导率是决定电池内阻和倍率的关键因素,较小的离子电导率使得电池性能不断衰减,主要表现为容量衰减、内阻增加、功率下降等。

固态电解质离子电导率是所有固态电池性能检测的重要指标,随着固态电池产业规模的扩大,规范固态电解质离子电导率方法已迫在眉睫。编制离子电导率检测方法标准有利于筛选出优异的固态电解质材料,为提升电池电性能和安全性提供数据支持。


范围和主要
技术内容

本标准主要内容包括:采用交流阻抗法测试固态电解质离子电导率的测定原理、试验条件、试剂或材料、仪器设备及辅材、样品制备、试验步骤及试验数据处理等内容;

分析范围:适用于固态电解质中离子电导率0~0.01 S/cm的测定;

本标准详细介绍了固态电解质离子电导率的测定方法,针对不同固态电解质特性将氧化物进行压片处理,卤化物、硫化物、聚合物进行冲模处理,将压片或冲模的样品进行喷金,使用电化学工作站,对所测量体系响应的频谱信号进行分析,得出该体系在不同频率下的阻抗,通过阻抗数据拟合、分析、计算得到待测固态电解质材料的离子电导率,离子电导率测定为筛选出优异的固态电解质材料,提升电池电性能和安全性提供了数据支持。






国内外情况
简要说明

固态电池具有发展的必然性,固态电池采用不可燃的固态电解质替换了可燃的有机液态电解质,大幅提升了电池系统的安全性,同时能够更好适配高能量正负极并减轻系统重量,实现能量密度同步提升。在各类新型电池体系中,固态电池是距离产业化最近的下一代技术,这已成为产业与科学界的共识。电池领域:350-500Wh/kg的(半)固态电池正在加紧研发,短期内将进入批量试生产阶段。

目前国内外暂无固态电解质离子电导率的测试标准,与电导率有关的标准,如GB/T 37253-2018《氧传感器用功能陶瓷离子电导率试验方法》中采用交流4-端子法(AC-terminal method)测试氧传感器用功能陶瓷离子电导率试验的方法。本标准的试验对象、样品制备、测试方法、测试步骤均与 GB/T 37253不同,有必要编制针对固态电解质离子电导率的测试方法标准

本标准给出离子电导率的测试方法和测试参数,可以准确的筛查不同固态电解质的离子电导率,更加准确的筛选高离子电导率的固态电解质,供行业内相关电池企业、材料企业及检测机构等单位使用。


备注
新能源汽车 产业链-原 材料-电池 原材料 
牵头单位
(签字、盖公章)
月 日
标准化技术组织
(签字、盖公章)
月 日
部委托机构
(签字、盖公章)
月 日
[注1] 填写制定或修订项目中,若选择修订必须填写被修订标准号;
[注2] 选择采用国际标准,必须填写采标号及采用程度;
[注3] 选择采用快速程序,必须填写快速程序代码;
[注4] 体系编号是指在各行业(领域)技术标准体系建设方案中的体系编号。
文件说明
8固态电解质离子电导率的测定-行业标准项目建议书.doc (37.5KB)任务书(建议书)