实验室液压机的压力控制如何影响锂硫电池正极？优化电池性能

压力控制是锂硫（Li-S）正极结构完整性和电化学效率的关键变量。通过实验室液压机施加精确的机械力，可以使正极层致密化，从而增强颗粒间的导电接触，同时优化用于电解液相互作用的微观孔隙结构。

核心要点 精确压力的施加会压实正极组件，显著降低内部阻抗并改善颗粒间的接触。这种结构优化对于最大化容量利用率、确保有效的离子传输以及延长电池的循环寿命至关重要。

提高导电性并降低阻抗

液压机的首要功能是压实正极混合物，该混合物由活性硫材料、导电剂和粘合剂组成。松散的粉末连接性差。压力将这些不同的组分压实成紧密、充分的接触。

通过压缩材料，可以减小导电碳网络与绝缘硫颗粒之间的物理距离。这显著降低了整体正极阻抗。与集流体的改善接触也能确保电子能够有效地从电极流出。

当导电接触不良时，活性材料的一部分将保持电隔离且“死”。适当的压实可确保更多的硫在电学上得到连接并保持化学活性。这导致单位面积容量更高，并能更好地利用活性材料。

压力不仅仅是压平材料；它还能调整微观结构。目标是减少过多的孔隙率，但又不完全封闭结构。适当压实的正极可以实现最佳的电解液渗透，确保锂离子能够到达活性硫位点。

在固态锂硫配置中，压力的作用更为关键。需要高压（通常超过200 MPa）来消除固体颗粒之间的空隙。这会降低晶界电阻，并建立电池运行所需的连续离子传输通道。

实验室压机在电极的整个表面施加均匀的压力。这会产生一致的面密度和厚度。没有这种均匀性，电化学反应将不均匀，导致局部退化和不可靠的数据。

对于标准化的电池研究，消除变量是关键。精确的压力控制可确保每个样品中的界面间隙始终最小化。这使得研究人员能够获得可重复的电化学性能数据，尤其是在倍率性能和循环稳定性方面。

虽然压力可以改善导电接触，但过大的压力可能是有害的。如果正极被过度压缩，用于液体电解液浸润的孔隙可能会塌陷。这会为离子产生“曲折”的路径，即使在电学电阻下降的同时，离子电阻也会增加。

需要找到一个关键的平衡点。需要足够的压力来确保电子导电性，但又要保留足够的孔隙率以进行离子传输。优化通常需要找到一个“恰到好处”的压力区域——通常在113 MPa到225 MPa之间，具体取决于特定化学成分——以最大化性能。

为了最大化您的锂硫正极的性能，请根据您的特定电解液系统调整您的压力策略：

最终的成功取决于将压力视为精确设计电极微观结构的工具，而不仅仅是一个机械步骤。

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Veronika Niščáková, Andrea Straková Fedorková. Novel Cu(II)-based metal–organic framework STAM-1 as a sulfur host for Li–S batteries. DOI: 10.1038/s41598-024-59600-8

本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .