实验室压力夹具对于在测试过程中保持电池堆叠的恒定机械约束是绝对必要的。这种外力可以补偿电极材料（尤其是锂金属或硅负极）在充放电过程中发生的显著体积变化。没有这种夹具，材料的膨胀和收缩将导致接触失效，从而有效地断开电池的内部电路。
全固态电池（ASSB）缺乏传统电池中的液态电解质，这意味着它们无法自我修复由电极膨胀产生的间隙。专用的压力夹具提供恒定的电池堆叠压力，以物理方式将电极和电解质压合在一起，防止性能快速下降。
物理挑战：体积膨胀
补偿电极的“呼吸”
在循环过程中，锂金属和NCM正极等活性材料会发生显著的体积膨胀和收缩。实验室压力夹具通过施加连续、校准的力来主动管理这种波动。这确保了当负极膨胀或收缩时，周围的组件会随之移动，而不是分离。
固体电解质的刚性问题
与液体电解质不同，固体电解质缺乏填充电极运动产生的物理间隙的流动性。如果电极收缩离开电解质，就会形成离子无法穿过的空隙。压力夹具充当机械桥梁，在组件刚性的情况下，维持离子传输所需的物理密度。
防止分层
在没有恒定压力的情况下，膨胀的循环应力会导致活性材料与固体电解质分离，这被称为分层。这会导致裂纹和活性材料的隔离，从而永久性地损失容量。夹具抑制了这种机械失效，保持了电池界面结构的完整性。
对电化学性能的影响
降低界面阻抗
物理间隙充当电阻器。通过迫使电极和电解质之间紧密接触，夹具显著降低了界面阻抗。这使得离子能够自由移动，减少了电池的极化，提高了整体效率。
实现高倍率性能
高倍率充放电会加剧体积变化和应力。测试表明，依赖最小压力的电池（例如，弱弹簧 <0.2 MPa）会经历快速的容量衰减。相反，精确的压力（例如，3.2 MPa 至 8 MPa）有助于维持连续、紧密的接触，这是保持高功率密度和稳定性的必要条件。
压力施加的关键考虑因素
均匀性与错位
仅仅挤压电池是不够的；压力必须均匀地施加在整个表面上。不均匀的堆叠压力会导致电极错位和异质退化，即特定区域比其他区域磨损更快。通常需要液压机或精密模具来消除微观间隙并确保均匀的离子传输路径。
“恒定”而非“固定”的必要性
如果简单的夹具不能适应电池厚度的变化，它可能就不够用。要求的是恒定的电池堆叠压力，这意味着夹具必须能够适应物理膨胀，同时保持相同的力（MPa）。这种特定的机械约束对于稳定电池的循环寿命至关重要。
根据您的目标做出正确的选择
为了从您的 ASSB 测试中获得可靠的数据，请遵循以下原则：
- 如果您的主要关注点是循环寿命稳定性：确保您的夹具能够维持一定的压力范围（对于硅通常为 5-25 MPa，对于其他材料约为 8 MPa），以防止随着时间的推移分层效应的累积。
- 如果您的主要关注点是高倍率能力：使用能够精确施加高压（>3 MPa）的夹具，以最大限度地降低界面阻抗并在快速离子传输过程中减少极化。
最终，实验室压力夹具不仅仅是一个支架；它是一个主动组件，可以替代固态化学中缺乏流动性的问题。
总结表：
| 挑战 | 无夹具时的影响 | 压力夹具提供的解决方案 |
|---|---|---|
| 体积膨胀 | 接触失效和内部电路断开 | 通过校准力补偿电极的“呼吸” |
| 固体刚性 | 离子无法穿过的空隙和间隙 | 充当机械桥梁以维持物理密度 |
| 循环应力 | 分层和材料隔离 | 抑制机械失效并保持界面完整性 |
| 高倍率充电 | 容量快速衰减和极化 | 降低界面阻抗，实现稳定的高功率密度 |
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参考文献
- Kyeongseok Oh, Kyuwook Ihm. Conflicting entropy-driven zwitterionic dry polymer electrolytes for scalable high-energy all-solid-state batteries. DOI: 10.1038/s41467-025-67032-9
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
