实验室压力机通过施加必要的机械力来克服粘合剂的粘附、“固定”效应，从而提高浆料加工的 Li7SiPS8 颗粒的相对密度。通过驱动颗粒重排和塑性变形，压力机使这些复合颗粒达到约 94% 的相对密度，显著降低了内部孔隙率。
粘合剂的存在会产生结构阻力，阻止电解质颗粒自然沉降。实验室压力机通过机械地迫使颗粒紧密接触来解决这个问题，减少了空隙空间，并建立了有效的离子传输所需的连续通道。
致密化机制
克服“固定效应”
在浆料加工的颗粒中，粘合剂充当稳定剂。虽然加工中需要它们，但它们会将固体电解质颗粒固定在原位，通常在它们之间留下空隙。
实验室压力机施加堆叠压力以打破这种停滞状态。它克服了粘合剂的束缚，迫使固体组分比仅在重力或轻度压实下靠得更近。
促进颗粒重排
一旦克服了粘合剂的阻力，施加的力就会导致 Li7SiPS8 颗粒发生物理移动。它们相互滑动以填充溶剂蒸发后留下的间隙空隙。
这种重排对于达到高相对密度至关重要，例如在电解质与粘合剂质量比为 98:2 的颗粒中。
诱导塑性变形
要达到密度的上限（约 94%），仅仅重排是不够的。压力机施加足够的力来引起塑性变形。
电解质颗粒在物理上改变形状，相互压扁。这消除了单独重排无法填补的微观孔隙，确保了固体、内聚的颗粒结构。
对电池性能的影响
减少内部孔隙
这种压制过程的主要物理结果是内部孔隙率的急剧降低。空隙有效地从结构中被压碎。
提高离子传输连续性
固态电池要正常工作，离子必须通过连续的材料移动。孔隙是障碍。
通过创建致密、无孔的结构，压力机确保了离子传输通道的连续性。颗粒之间的紧密接触是最大化材料离子电导率的决定性因素。
理解权衡
过度压力的后果
虽然压力是必不可少的，但越多并不总是越好。当施加极高的压力（例如 1.5 GPa）时，机械应力可能会超过材料的结构极限。
这对于晶粒尺寸超过 100 μm 的 Li7SiPS8 颗粒尤其重要。在极端载荷下，这些大晶粒会发生显著的碎裂，分解成均匀分布的更小颗粒。
电导率悖论
碎裂增加了宏观密度，但它带来了一个隐藏的成本。大晶粒的断裂产生了更高体积的晶界。
这些边界会成为离子的阻力点。因此，虽然颗粒在物理上可能看起来更密集，但界面数量的增加可能会对整体离子电导率产生负面影响。
为您的目标做出正确选择
实现最佳颗粒需要平衡密度与颗粒完整性。
- 如果您的主要关注点是物理密度：施加足够的压力以诱导塑性变形并克服粘合剂的固定效应，以达到约 94% 的相对密度。
- 如果您的主要关注点是离子电导率：选择一个能最大化密度但低于大晶粒显著碎裂阈值的压实压力。
目标是利用实验室压力机来闭合孔隙，而不是压碎材料本身的导电通道。
总结表：
| 机制 | 对 Li7SiPS8 颗粒的作用 | 对性能的影响 |
|---|---|---|
| 克服固定效应 | 打破粘合剂引起的结构阻力 | 启动颗粒接触 |
| 颗粒重排 | 颗粒移动以填充间隙空隙 | 增加物理密度 |
| 塑性变形 | 颗粒压扁并改变形状 | 消除微观孔隙 |
| 受控压力 | 平衡密度与晶粒碎裂 | 最大化离子电导率 |
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参考文献
- Duc Hien Nguyen, Bettina V. Lotsch. Effect of Stack Pressure on the Microstructure and Ionic Conductivity of the Slurry‐Processed Solid Electrolyte Li <sub>7</sub> SiPS <sub>8</sub>. DOI: 10.1002/admi.202500845
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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