PEEK模具和钛合金柱塞的组合通过平衡结构完整性和电气隔离，为全固态电池创造了理想的测试环境。PEEK提供了必要的电气绝缘和机械强度，能够承受高压循环而不变形，而钛合金柱塞则充当精确的集电器，对活性材料保持稳定的堆叠压力。
核心要点 测试全固态电池需要维持巨大的物理压力以防止失效，同时又要隔离电信号。这种特定的材料搭配解决了这一双重挑战：PEEK在机械上限制电池而不会导致短路，钛合金则传输精确的电信号，同时提供稳定电池界面所需的连续压力。
PEEK的作用：绝缘与强度的结合
高机械强度
全固态电池需要显著的外部压力才能正常工作。PEEK（聚醚醚酮）被使用，因为它具有在这些重复高压循环下保持不变的机械稳健性。
与较弱的聚合物不同，PEEK模具在应力下不易变形。这确保了电池在整个测试过程中几何结构的完整性得以保持。
关键电气绝缘
模具主体必须定义电池的体积，而不能参与电路。PEEK提供出色的电气绝缘性，有效防止正负极之间的短路。
这种隔离对于确保收集到的电学数据反映电池材料的性能，而不是测试夹具的伪影至关重要。
钛合金柱塞的作用：导电与加压
充当集电器
钛合金柱塞具有双重目的，主要充当集电器。它们能够高精度地将电信号传输到电池单元和从电池单元传出。
选择钛合金是因为其导电性和耐电化学腐蚀性，确保在充电和放电过程中信号传输清晰。
保持稳定的堆叠压力
除了电力，这些柱塞还充当施加力的机械界面。它们将外部载荷传递到电池堆叠，直接向活性材料施加稳定的堆叠压力。
这创造了一个一致的物理环境，确保外部框架施加的压力均匀分布在电极表面。
为什么压力管理是“深层需求”
补偿体积变化
在循环过程中，电池材料（尤其是锂金属）会经历显著的体积膨胀和收缩。如果没有约束，这种“呼吸”会破坏电池的内部结构。
PEEK模具和钛合金柱塞系统创造了一个受限空间，可以管理这些波动。这种机械约束补偿了剥离和沉积过程中体积的变化。
确保界面稳定性
固态电池的主要失效模式通常是层间接触的丧失。该夹具提供的连续压力抑制了界面处空隙或接触丧失的形成。
通过保持电解质和电极之间的物理接触，该系统可防止界面分层。这导致界面电阻降低，并抑制锂枝晶的生长，而锂枝晶是导致短路的常见原因。
理解权衡
材料限制
虽然PEEK作为聚合物非常坚固，但与钢或陶瓷相比，其模量仍然较低。在极端高压情况下（超出标准实验室限制），PEEK在非常长的时间内可能会出现轻微蠕变，从而可能影响压力的一致性。
制造和成本
与不锈钢或铝相比，钛合金的加工难度更大，成本也更高。然而，这种成本是实现精确分析数据所需的所需高强度、轻重量和电化学惰性组合的必要权衡。
根据您的目标做出正确的选择
在选择固态电池研究的测试夹具时，请根据您的具体数据要求来选择设备：
- 如果您的主要关注点是循环寿命可靠性：优先考虑PEEK模具的机械配合，以确保其能够承受恒定压力（例如，15 MPa），从而在长期循环中抑制空隙的形成。
- 如果您的主要关注点是电化学精度：确保钛合金柱塞经过高精度加工，以最大化表面接触，充当高效集电器，从而最大限度地降低接触电阻。
最终，PEEK-钛合金组合之所以成为行业标准，是因为它能够可靠地将机械约束转化为电化学稳定性。
总结表：
| 特性 | PEEK模具主体 | 钛合金柱塞 |
|---|---|---|
| 主要功能 | 电气绝缘与外壳 | 集电与施压 |
| 机械性能 | 高强度与抗蠕变性 | 高模量与低变形 |
| 化学性能 | 电化学惰性 | 耐腐蚀性 |
| 关键优势 | 防止短路 | 保持稳定的堆叠压力 |
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参考文献
- Gordon Jarrold, Arumugam Manthiram. Delineating the Intricate Impact of Carbon in All‐solid‐state Lithium‐Sulfur Batteries. DOI: 10.1002/aenm.202502557
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
