实验室液压机在硫正极片制备中扮演什么角色？优化锂硫电池

实验室液压机是在涂布和干燥阶段之后，用于机械压实硫正极的关键仪器。其主要作用是对电极片施加高精度压力，确保活性硫材料、导电添加剂和集流体熔融成一个粘结、导电的结构。

通过精确优化正极的孔隙率和面密度，液压机最大限度地降低了内阻并最大化了电化学动力学。这种机械固结是锂硫（Li-S）电池高效运行的先决条件，特别是对于那些设计有高活性材料负载量的电池。

增强导电性

硫正极的主要挑战在于硫固有的绝缘性质。液压机通过迫使材料紧密接触来解决这一问题。

干燥后，电极的组成部分——活性硫和导电剂——通常以疏松的基体形式存在，存在大量间隙。 液压压实消除了这些微观空隙，迫使导电碳网络紧密包裹活性硫颗粒。这减少了颗粒之间的“隧道电阻”，为电子在整个正极的流动创造了连续的路径。

压机确保了复合涂层与金属集流体之间的牢固粘附。如果没有足够的压力，活性材料可能会分层或与集流体保持不良的导电接触。这种物理结合对于降低电池单元的总内欧姆电阻至关重要。

除了简单的导电性，液压机还用于在微观层面设计电极的物理结构。

压机允许研究人员调整电极的压实密度。通过调整压力，您可以控制正极片中剩余孔隙的体积。这种平衡至关重要：电极必须足够致密以导电，但又必须足够多孔以允许液体电解质渗透和传输离子。

未压实的电极蓬松且占用不必要的体积。压实通过将更多的活性材料填充到更小的几何空间中来提高体积能量密度。这使得更薄的电池具有更高的能量容量，这是商业可行性的关键要求。

在处理主要参考中定义的高性能目标时，液压机变得不可或缺。

先进的锂硫电池通常需要高硫负载，具体范围为4.4 至 9.1 mg cm⁻²。在如此高的负载下，电极层明显更厚，且更容易产生高电阻。液压机通过确保即使是厚电极层也能从顶部到底部保持均匀的密度和导电性来缓解这一问题。

厚、高负载的电极通常存在反应速率缓慢（动力学）的问题。通过优化电极密度，压机能够促进更快的电子转移。这直接转化为充电和放电循环期间电池性能的提高。

虽然压实很重要，但并非“越多越好”。存在一个必须确定的最佳压力范围。

施加过大的压力会压碎活性材料颗粒或导电骨架。更重要的是，它会完全封闭孔隙，阻止电解质润湿电极的内部。这种“孔隙闭合”会导致电极的某些部分在电化学上变得不活跃，从而严重降低容量。

压力不足会导致较大的空隙和较弱的颗粒间接触。这会导致高内阻和不良的机械完整性。压实不足的电极在硫电池固有的体积膨胀和收缩循环过程中也可能脱落材料。

您使用的具体压力设置应由您的具体性能目标决定。

锂硫电池制备的成功不仅在于化学，还在于利用液压机在导电性和孔隙率之间实现完美的物理平衡。

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Yongqian He, Xianyou Wang. Modulating Ion‐Dipole and Dipole–Dipole Interactions for Stable Wide‐Temperature‐Range Lithium–Sulfur Batteries Enabled by Quantum‐Dot Catalysts. DOI: 10.1002/anie.202512168

本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .