为什么全固态锂硫电池需要实验室液压机？增强离子电导率

通过实验室液压机施加高组装压力是克服固-固界面基本物理限制的必要条件。与能自然“润湿”电极表面的液体电解质不同，固态组件需要达到数兆帕 (MPa) 的机械力才能建立离子传输所需的物理连续性。

核心要点 在全固态锂硫电池 (ASSLSB) 中，没有固体颗粒之间的紧密接触，就无法进行电荷传输。液压机是用于将这些材料机械地压合在一起的主要工具，可消除微观空隙并形成致密的导电通路，从而最大限度地降低电阻并防止结构失效。

固-固界面的物理学

在液体电池中，电解质会流入多孔电极，立即建立接触。在固态电池中，正极和电解质是独立的固体颗粒。

在没有外加压力的情况下，这些颗粒仅在粗糙点处接触，导致接触电阻极高。液压机施加足够的力，使这些材料发生轻微变形，从而最大限度地增加了正极活性材料与固体电解质之间的接触面积。

在微观层面上，电解质膜与聚合物或复合电极层之间的界面天然是不均匀的。

液压机消除了这些微观的间隙和空隙。这确保了锂离子能够连续传输，从而显著降低了电荷转移阻抗，并提高了电池的整体倍率性能。

固态电解质，特别是硫化物类，通常以粉末形式开始，需要将其压制成颗粒。

施加精确的轴向压力（通常约为 200 MPa）可减小电解质层内部的孔隙率。这会将疏松的粉末转化为致密的、粘结在一起的颗粒，为电池堆叠奠定必要的结构基础。

锂电池中的一种关键失效模式是枝晶的生长——针状锂结构会穿透电解质并导致短路。

高组装压力增加了固体电解质层的密度，使其更难被枝晶穿透。这种致密化最大限度地减少了界面极化，并充当了枝晶扩散的机械屏障。

对于研究人员来说，从电池中获得的数据的好坏取决于组装质量。

通过液压压制产生的致密颗粒是进行 X 射线计算机断层扫描 (XCT) 等先进形貌分析的先决条件。它们确保电化学阻抗测试反映的是材料的真实特性，而不是由接触不良或气隙引起的伪影。

虽然高压力对于电导率至关重要，但必须精确施加。

过大的压力会压碎易碎的活性材料或损坏固体电解质的精细结构。目标是达到最大密度阈值，而不会在机械上降解颗粒结构。

固态电池，特别是含有特定阳极材料的电池，在运行过程中会经历显著的体积变化。

虽然压机用于初始组装，但建立的结构必须足够稳定，能够承受内部应力变化。如果初始组装压力不均匀，在循环过程中随后的体积膨胀可能导致局部应力点和最终的分层。

实现最佳组装压力需要平衡电导率和材料完整性。

液压机不仅仅是一个制造工具；它是将孤立的化学粉末转化为统一、功能性电化学系统的赋能者。

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Yanming Shao, Paul R. Shearing. Contemporary Trends in Lithium‐Sulfur Battery Design: A Comparative Review of Liquid, Quasi‐Solid, and All‐Solid‐State Architectures and Mechanisms. DOI: 10.1002/aenm.202503239

本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .