使用高精度单轴压力装置的目的是什么？优化全固态电池测试

高精度单轴压力装置在全固态电池 (ASSB) 测试中的主要目的是在整个测试过程中施加并维持恒定、特定的堆叠压力（例如，13 MPa 或 120 MPa）。

这种机械约束是必需的，以补偿“呼吸效应”——电极材料在充电和放电循环期间的自然体积膨胀和收缩。通过强制施加这种压力，该装置确保固态层之间保持持续的物理接触，从而防止因界面分离引起的容量突然下降和过早失效。

核心见解：
在固态电池中，电解质不像液体那样可以流动来填充物理间隙。高精度压力装置充当机械稳定器，主动将固体组件压在一起以抵消体积变化。这可以防止内部空隙的形成，并确保离子通路保持完整，从而实现可靠的长期循环。

挑战：会“呼吸”的电极

在电化学过程中，正极和负极材料在锂离子插入和提取时会发生物理尺寸变化。

这种现象称为“呼吸效应”，会导致显著的体积膨胀和收缩。如果没有外部约束，这些波动会导致电池堆叠内部发生物理移动。

与液体电解质不同，固态电解质缺乏流动性。它们无法自我修复或重新分布以填充由电极移动产生的间隙。

即使是微观层面，如果电极和电解质之间的接触丢失，离子也无法通过。这会导致界面分离或分层，使电池的部分区域失效。

该装置施加恒定载荷，以在负极、固态电解质和正极之间保持紧密的物理接触。

这有效地抵消了呼吸效应。通过压缩各层，该装置可以防止界面发生物理分离，从而导致阻抗快速升高和性能下降。

在负极侧，特别是使用锂金属时，放电过程中锂的剥离会产生空位或空隙。

高精度压力有助于在空隙形成时将其压塌。这确保了紧密的固-固接触得以保持，防止了反应无法发生的“死点”。

适当的堆叠压力会影响锂的沉积方式。

参考资料表明，精确的压力控制可以将锂枝晶的生长引导为横向扩展模式，而不是纵向穿透。这可以抑制短路，并延长电池的安全性和寿命。

在实验室环境中，如果没有一致的物理条件，就不可能获得一致的数据。

液压机或压力框架确保界面接触面积从一个测试电池到另一个测试电池保持不变。这最大限度地减少了由于组装技术而非材料特性引起的电阻变化。

这些装置模拟了电池在商业电池组中将面临的机械约束。

通过模仿这些条件（例如，15–120 MPa），研究人员可以获得关于循环寿命和倍率性能的可靠数据，这些数据实际上适用于现实场景。

虽然压力是必需的，但施加过多的压力可能会适得其反。

过大的压力可能会对柔软的隔膜材料造成机械损伤，或通过迫使颗粒穿过电解质层引起内部短路。必须针对所测试的特定材料优化压力。

与标准纽扣电池相比，引入单轴压力装置会显著增加测试设置的复杂性。

它需要在手套箱或测试室内部使用笨重的设备（压力框架或液压机），这限制了可以同时测试的通道数量。

在设计实验时，请根据您的具体目标调整压力参数：

最终，高精度压力装置不仅仅是一个支架；它是测试的一个主动组成部分，可以弥补固态电解质缺乏流动性的不足。

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Chanhyun Park, Sung‐Kyun Jung. Interfacial chemistry-driven reaction dynamics and resultant microstructural evolution in lithium-based all-solid-state batteries. DOI: 10.1038/s41467-025-63959-1

本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .