恒定的堆叠压力是必不可少的，因为它能机械地迫使固体电极和固体电解质界面保持紧密的物理接触。没有这种外部约束，材料在循环过程中自然发生的体积膨胀和收缩会导致界面处发生物理分离，从而导致电阻急剧增加和电池快速失效。
核心要点 与能够自然“润湿”表面以保持连接的液体电解质不同，固态电池完全依赖机械压力来确保离子电导率。恒定的堆叠压力能主动补偿材料的“呼吸”（体积变化），防止形成空隙和分层，否则这些空隙和分层会切断导电通路。
固-固界面的物理动力学
克服润湿性不足
在传统电池中，液体电解质即使在移动或沉降时也能轻松流入孔隙并与电极保持接触。固态电解质缺乏这种流动性。
在没有外部压力的情况下，电极和电解质之间的界面仅由松散的接触点组成。施加压力可以最大化有效接触面积，从而降低作为离子流动瓶颈的界面阻抗。
补偿体积波动
电极材料，特别是活性正极和锂金属负极，在充电和放电循环过程中会发生物理膨胀和收缩。
如果电池堆叠是刚性的或未加压的，收缩的电极会与电解质分离，从而产生间隙。恒定的堆叠压力起到动态夹具的作用，确保在电解质随着电极表面收缩时“跟随”电极表面，从而保持连续性。
关键保护机制
抑制空隙形成
在剥离过程中（放电），锂会从负极中移除，可能会留下空位或“空隙”。
如果这些空隙不能被外部压力压垮，它们会累积并导致活性材料与电解质分离。这种接触损失会产生无法再进行离子传输的“死区”，从而永久降低电池的容量。
缓解枝晶穿透
压力决定了锂如何重新沉积到负极上。
适当的堆叠压力会将锂的生长引导到表面上横向（侧向）生长，而不是纵向生长。这有助于防止形成尖锐的锂枝晶，这些枝晶会穿透固体电解质层并导致灾难性的短路。
理解权衡
过度压力的风险
虽然压力不足（例如 < 0.2 MPa）会导致因分层而导致的容量快速衰减，但过大的压力也会产生不利影响。
施加极高的压力（例如，一些高应力测试中提到的 120 MPa 的上限）可能会机械性地断裂脆性固体电解质材料或压碎正极颗粒。
夹具设计的复杂性
由于电池在运行过程中厚度会发生变化，因此保持恒定压力在机械上很困难。
简单的螺钉夹具可能会随着电池收缩而失去压力，或者随着电池膨胀而施加过大的压力。有效的测试需要主动的机制，例如校准弹簧、气动活塞或液压机，以实时适应这些变化。
为您的目标做出正确选择
如何将其应用于您的项目
最佳压力范围因化学成分而异（从 1 MPa 到 100 MPa 以上），但机制的必要性保持不变。
- 如果您的主要关注点是循环寿命：优先选择能够主动适应体积膨胀的压力机制，以防止界面空隙随时间的累积形成。
- 如果您的主要关注点是高倍率性能：确保施加的压力足以最大化表面接触面积，因为需要低界面阻抗来支持高电流密度。
固态电池测试的成功取决于您通过精确、连续的压缩来机械模仿液体“润湿”作用的能力。
总结表：
| 特征 | 适当堆叠压力的影响 | 压力不足的风险 |
|---|---|---|
| 界面接触 | 最大化接触面积以实现低阻抗 | 物理分离和高电阻 |
| 体积变化 | 补偿材料的膨胀/收缩 | 循环过程中的空隙和分层 |
| 锂沉积 | 促进横向生长，抑制枝晶 | 纵向枝晶生长和短路 |
| 电池容量 | 保持活性区域和长循环寿命 | 由于“死区”导致的容量衰减 |
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