JCT 2779-2023 陶瓷电极材料离子传输性能试验方法 (正式版)

ICS81.060.30CCSQ32备案号：JCJC/T2779—2023Testmethodforiontransportcoefficientofceramicelectrodes中华人民共和国工业和信息化部发布IJC/T2779—2023本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国建筑材料联合会提出。本文件由全国工业陶瓷标准化技术委员会（SAC/TC194）归口。本文件起草单位：上海应用技术大学、淄博高新技术产业开发区MEMS研究院、宁夏希虹新材料科技有限公司、中国科学院上海硅酸盐研究所、江西赣锋锂电科技有限公司、湖南省新化县鑫星电子陶瓷有限责任公司、山东工业陶瓷研究设计院有限公司。本文件主要起草人：张骋、吕帅帅、刘通、郑晓虹、常程康、阮辰、靳晓健、蒋丹宇、戈志敏、李俐、曹建平、陈常祝。1JC/T2779—2023本文件描述了以电化学阻抗谱法（EIS）测定陶瓷电极离子传输性能的试验方法。本文件适用的陶瓷电极离子传输性能的范围是10-10cm2/s~10-16cm2/s。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/T3102.5电学和磁学的量和单位GB/T25995精细陶瓷密度和显气孔率试验方法3术语和定义GB/T3102.5界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1陶瓷电极ceramicelectrode电池中输入或输出电流的陶瓷端子，用于离子的传输。3.2离子传输性能iontransportcoefficient陶瓷电极离子传输能力的表征，与电池的充放电性能密切相关，单位为cm2/s。3.3电化学阻抗谱electrochemicalimpedancespectroscopy(EIS)将不同频率的小振幅的交流信号应用于电化学系统，测量交流信号电压与电流的比值随正弦波频率2JC/T2779—2023Ri——离子传输电阻；图1阻抗谱示意图3.4等效电路equivalentcircuit将电化学系统抽象作一个由电阻（R）、恒电位元件（CPE）和电感（L）等基本元件组成的电路模型，用于阻抗谱的分析，如图2所示。Ri——离子传输电阻；图2等效电路示意图4原理利用电化学阻抗谱法（EIS）对样品进行测试，得到高、低频阻抗曲线。如图1所示，高频区域的阻抗谱与X轴相交的截距为Ri，高频区域的阻抗谱为电荷转移电阻Rct。通过处理低频阻抗谱，可以得到韦伯系数(σ),按公式（1）计算出离子传输性能（D）。D=2A22σ2…………（1）D——离子传输性能，单位为平方厘米每秒（cm2/s）；A——铂浆印刷面积，单位为平方厘米（cm2R——气体常数（R=8.314单位为焦每摩尔开尔文[J/(mol·K)]；T——环境温度，单位为开尔文（K）；F——法拉第常数（F=96500单位为库仑每摩尔（C/molσ——韦伯系数。3JC/T2779—20235测试仪器具有补偿功能的交流阻抗仪。6样品6.1样品形状尺寸直径10mm~20mm、厚度0.5mm~2mm的圆片。6.2表面粗糙度样品的表面粗糙度Ra应小于0.2μm。6.3样品制备通过丝网印刷将陶瓷电极测试样品的两个圆面以铂浆完全覆盖，在两侧的铂浆中分别嵌入一条铂丝作为导线。先将样品放入干燥箱60oC干燥2h，再将样品放入马弗炉中，在900oC热处理1h。用万用表确认铂丝与印刷的铂浆之间的可靠连接。测试样品示意图如图3所示。图3测试样品示意图7测试7.1体积密度样品的体积密度根据GB/T25995规定的方法测得。7.2电化学阻抗谱将样品与交流阻抗仪连接，如图4所示。对于不同的电极，应调整交流电压信号的频率范围和振幅，使测试曲线在高频区域呈半圆形，在低频区域呈直线，如图5所示。图4样品连接示意图4JC/T2779—2023图5测试曲线示例7.3测量次数每个样品测3次，取平均值为测试结果。8计算8.1离子浓度计算按公式（2）计算离子浓度：pMpM………………ρ——样品体积密度，单位为克每立方厘米（g/cm3M——样品的相对分子质量，单位为克每摩尔（g/mol）。8.2韦伯系数拟合得到低频区域的Z'与ω-1/2呈线性关系，如图6所示。由公式（3）可知图6中直线斜率为韦伯系数σ。Z'=Rct+Ri+σ负-1/2……（3）Rct——电荷转移电阻，单位为欧姆(Ω);Ri——离子传输电阻，单位为欧姆(Ω)。5JC/T2779—20238.3离子传输性能将各参数的数值代入公式（1