在 70 MPa 下进行测试可确保最大的界面稳定性。 对全固态钠电池施加 70 MPa 的堆叠压力，以迫使固体电解质与电极之间紧密接触。这种实质性的机械压力对于抵消循环过程中活性材料的体积膨胀和收缩至关重要，可防止层分离（分层）并最大限度地降低接触电阻，从而确保可靠的数据。
核心要点 与能自然润湿表面的液体电解质不同，固态组件需要显著的机械力来维持离子通路。施加 70 MPa 的压力就像一个机械夹具，可以补偿材料的“呼吸”（膨胀和收缩），确保容量损失是由于化学降解而不是简单的物理接触损失。
固态界面的机械挑战
克服缺乏流动性
在液体电池中，电解质会流入多孔电极，确保离子能够自由移动。固态电解质是刚性的；它们不会流动。
在没有外部压力的情况下，固态界面仅在微观峰值（粗糙度）处接触。这会导致高电阻和性能不佳，因为离子无法桥接层之间的物理间隙。
强制紧密接触
施加 70 MPa 的压力将材料压缩在一起，显著增加了有效接触面积。
这种压力会轻微变形较软的材料或重新排列颗粒以填充空隙。这为钠离子在阳极、电解质和阴极之间传输创建了连续通路。
管理活性材料的“呼吸”
膨胀问题
在充电和放电循环过程中，电池活性材料的尺寸会发生物理变化。它们在吸收钠离子时膨胀，在释放钠离子时收缩。
在刚性的固态系统中，这种膨胀会产生巨大的内部应力。如果没有约束，材料会相互推开。
防止分层
当材料收缩时，它倾向于从界面处拉开，形成空隙。一旦形成空隙，离子传输就会在该位置停止。
70 MPa 的压力在收缩阶段主动将各层推回。它可防止“界面分层”，确保电池在重复循环后不会突然失效。
抑制枝晶生长
虽然主要在锂的上下文中讨论，但高压也有助于管理钠金属的行为。
紧密的机械约束有助于引导金属横向（侧向）沉积，而不是纵向沉积。这抑制了枝晶的形成——枝晶是针状结构，会刺穿电解质并导致短路。
理解权衡
实验室理想与商业现实
需要注意的是，70 MPa 是一个非常高的压力，通常在实验室环境中使用液压机或重型螺栓来实现。
虽然这对于证明材料可以工作的基本研究非常有用，但在商业电动汽车电池组中实现起来却很困难。70 MPa 的压力需要沉重且昂贵的钢制支撑，这会降低电池的能量密度。
掩盖界面问题
在如此高的压力下进行测试代表了“最佳情况”。
它有效地消除了接触电阻作为变量。然而，在 70 MPa 下表现良好的材料在较低的、具有商业可行性的压力（例如 1-5 MPa）下可能会灾难性地失效，因为它们过于依赖外部力来保持连接。
为您的目标做出正确选择
在分析数据或设计涉及堆叠压力的实验时，请考虑您的最终目标：
- 如果您的主要关注点是基本材料分析： 使用高压（例如 70 MPa）来消除物理接触变量，并分离新材料的固有电化学特性。
- 如果您的主要关注点是商业可行性： 在较低压力（1-10 MPa）下进行测试，以确定电池化学性质在实际工程约束下是否能保持稳定。
固态电池中的压力不仅仅是一个测试条件；它是电池的一个主动组成部分，可维持电化学界面的完整性。
总结表：
| 特性 | 70 MPa 堆叠压力的影响 |
|---|---|
| 界面接触 | 消除微观间隙（粗糙度），实现无缝离子流动 |
| 体积变化 | 补偿循环过程中材料的“呼吸”（膨胀/收缩） |
| 故障预防 | 防止层分层并抑制枝晶生长 |
| 测试目标 | 通过最小化接触电阻来分离材料的固有特性 |
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参考文献
- Hui Wang, Ying Shirley Meng. Highly Conductive Halide Na-ion Conductor Boosted by Low-cost Aliovalent Polyanion Substitution for All-Solid-State Sodium Batteries. DOI: 10.21203/rs.3.rs-7754741/v1
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
