使用液压机将电极冷压到电解质颗粒上的目的是什么？为全固态电池实现低电阻界面

在全固态电池 (ASSB) 组装过程中使用液压机的主要目的是在机械上迫使电极和电解质材料紧密接触。由于固体电解质不像液体电解质那样能够流入孔隙，因此这种高压“冷压”步骤是消除微观气隙并创建电池运行所需的连续、致密界面的唯一方法。

核心要点：在固态电池中，物理接触等于电化学性能。液压机用于消除空隙并使材料层致密化，直接降低界面电阻以确保高效的锂离子传输。

物理挑战：创建界面

与液体电解质通过润湿电极立即产生接触的传统电池不同，固态电池由刚性组件组成。

在没有外力的情况下，这些固体颗粒仅在粗糙点接触，它们之间留有巨大的间隙。液压机施加巨大的力（通常在 250 MPa 至 480 MPa 之间）来物理变形这些材料，形成统一的结构。

冷压最直接的物理结果是消除空隙。

电极片和电解质颗粒之间的气隙充当绝缘体，阻碍电流流动。高压会压垮这些空隙，最大化材料相互作用的活性表面积。

除了界面之外，压力还会压实本体材料。

此过程使电极和电解质粉末致密化，减小整体体积并形成坚固、粘结的颗粒。这种结构完整性对于在后续测试阶段处理电池至关重要。

ASSB 的成功通常通过其界面电阻来衡量——离子在从一种材料转移到另一种材料时面临的障碍。

压机产生的“大面积、无空隙”界面可大大降低此电阻。如果压机压力不足，电阻会急剧升高，导致电池效率低下或无法运行。

锂离子需要连续的材料通道才能在正负极之间迁移。

通过将颗粒压制成“紧密接触”，您可以建立必要的离子通道。这种顺畅的传输是电池倍率性能（充电/放电速度）和长期循环稳定性的直接驱动因素。

组装通常涉及多步策略，而不是一次性压制。

一种常见技术涉及以较低压力（例如 40 MPa）“预压”正极材料，形成基本层。然后，以显著更高的压力（例如 250 MPa）将其与电解质“共压”，以锁定界面，而不会损坏各个层。

对于许多电池设计，压机用于将正极复合材料和固体电解质集成到单个双层结构中。

这确保了两种不同材料之间的边界在物理上是平坦且化学上紧密的，进一步减小了阻抗。

标准的液压机通常施加单轴压力（来自一个方向的压力）。

这有时会产生压力梯度，导致颗粒中心与边缘的致密化程度不同。虽然对于一般组装有效，但这种缺乏完全均匀性有时会导致电池内部局部性能差异。

虽然高压是必需的，但必须加以控制。

过大的压力会压碎易碎的活性材料或损坏某些固体电解质的晶体结构。目标是塑性变形和接触，而不是破坏颗粒形态。

最终，液压机充当了从原材料粉末到功能性电化学系统的桥梁。

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Jaecheol Choi, Young-Gi Lee. Enhancing electrochemo-mechanical properties of graphite-silicon anode in all-solid-state batteries via solvent-induced polar interactions in nitrile binders. DOI: 10.1016/j.jechem.2025.02.012

本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .