高精度实验室液压机的使用如何帮助提高活性物质利用率？指南

高精度实验室液压机是克服固态电池化学固有的物理接触限制的主要仪器。 它通过精确控制正极复合材料的密度来直接提高活性物质的利用率。这种受控的压缩建立了稳健的“双连续”传输网络，确保离子和电子能够有效地到达并利用正极结构中的硫。

通过对压实压力进行精细控制，液压机在材料密度与结构完整性之间取得平衡。这种特定的平衡消除了空隙并降低了界面电阻，从而创建了充分利用高负载硫正极所需的连续传输路径。

材料利用的力学原理

在全固态电池中，没有液体电解质可以渗透正极并“润湿”活性物质。因此，传输通道必须通过机械方式创建。

高精度压机施加静压力，使正极复合材料和固体电解质紧密接触。这创建了一个双连续传输网络，促进离子和电子的同时移动。没有这个机械诱导的网络，硫颗粒将保持隔离且电化学不活跃。

固态系统中利用活性物质的主要障碍是颗粒界面处的高电阻。

液压机引起复合粉末的塑性变形和致密堆积。这种物理改变显著减小了活性硫和固体电解质之间的间隙。通过最小化这些间隙，压机降低了接触电阻和晶界电阻，使电流能够有效地流过整个复合颗粒。

要实现高能量密度，需要增加正极中硫（活性物质）的量，通常称为“高负载”。

然而，较厚、富硫的正极更容易出现连接性差的问题。高精度压制可均匀压实这些较厚的层。这确保了即使是正极结构深处的硫颗粒也能保持必要的连接性以参与反应，从而显著提高电池的整体容量。

“高精度”一词至关重要，因为施加压力不仅仅是施加最大力。

过大的压力可能会导致电池组件结构损坏。它可能会压碎固体电解质颗粒或使集流体变形，从而导致短路或机械完整性下降。高精度压机允许精细管理，在达到损坏阈值之前停止。

相反，压力不足会导致堆积松散和出现空隙。

如果压力过低，硫和电解质之间的接触界面将是不连续的。这会导致高阻抗和“死”活性物质，这些物质会增加电池的重量但不会储存能量。精确的压力管理可确保密度足以防止这些断开连接。

虽然较高的压力通常通过减少空隙来提高电导率，但它会引入内部机械应力。

如果在制造过程中（冷压）施加的压力过大，可能会产生残余应力，导致电池运行（循环）期间出现裂纹。您必须在低电阻的需求与机械稳定性的需求之间取得平衡。

不同的固体电解质（例如，硫化物与氧化物）对压力的承受能力不同。

LPSC 等硫化物电解质较软，在压力下易于致密化（通常高达 100 MPa），但它们也可能过度变形，可能挤出活性物质。需要高精度压机来精确调节压力，以压实特定化学物质，而不会扭曲预期的电极几何形状。

为了最大限度地提高液压机在固态锂硫研究中的有效性，请考虑您的具体优化目标：

最终，高精度液压机将组装过程从简单的压实转变为定义最终电池电化学效率的关键调整步骤。

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Hao Li, Haolin Tang. Kinetically‐Enhanced Gradient Modulator Layer Enables Wide‐Temperature Ultralong‐Life All‐Solid‐State Lithium‐Sulfur Batteries. DOI: 10.1002/aenm.202501259

本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .