外部压力是全固态钠电池（ASSB）成功组装和运行的关键工程要求。由于这些电池依赖于固-固界面而非液体电解质，因此专门的压力系统是确保钠负极、固体电解质和正极之间紧密物理接触的唯一可用机制。没有这种机械约束，内部组件将在使用过程中保持电隔离或分离，导致电池无法正常工作。
在没有液体电解质自然“润湿”表面和填充间隙的情况下，外部压力充当了离子传输的关键桥梁。它消除了组装过程中的微观空隙，并作为一种稳定力量，防止在循环过程中因体积膨胀而导致组件分层。
根本挑战：固-固界面
克服缺乏润湿性
在传统电池中，液体电解质会流入多孔电极，为离子移动提供即时且全面的路径。固态电池完全缺乏这种“润湿”效应。
在没有外部压力的情况下，电极与固体电解质之间的接触不良，导致界面电阻极高。
消除表面粗糙度
在微观层面上，正极和固体电解质的表面是粗糙不平的。简单地将它们放在一起会留下气隙和空隙。
压力系统（在初始组装过程中通常需要 70-74 MPa 的高压）将这些材料压在一起，压碎不规则性，形成无空隙、紧密贴合的界面。
最大化接触点
高堆叠压力增加了活性材料与电解质之间的实际接触面积。这对于促进原子级接触是必要的。
通过增加这些接触点，可以大大降低离子传输电阻，使电池能够以低内阻运行。
操作过程中的动态管理
抵消体积变化
在充电和放电循环过程中，电极材料——特别是钠金属负极——会经历显著的膨胀和收缩。
如果电池没有受到约束，这种“呼吸”会导致层物理分离。压力装置起到弹簧的作用，补偿体积变化，在剥离和沉积过程中保持连接。
防止分层
由于固体电解质无法流动进行自我修复间隙，因此在没有外力的情况下，层之间的任何分离都是永久性的。
持续的压力可防止这种界面分层，确保电池寿命期间阻抗保持稳定且较低。
减轻电流收缩
当接触点不均匀时，电流被迫通过非常小的特定点流动，这种现象称为电流收缩。
这些点的局部高电流密度会增加枝晶生长的风险。适当的压力可确保均匀的电流分布，引导更安全的材料横向扩展而不是纵向穿透。
要避免的常见陷阱
初始压力不足
在初始堆叠阶段施加的压力过小是激活不良的主要原因。如果初始“堆叠压力”不足以形成紧密粘合，则无论使用何种材料，电池都会立即表现出高电阻。
忽略循环寿命动态
在没有保持压力的装置的情况下测试固态电池在循环过程中，会使数据不可靠。仅在组装时进行简单按压是不够的；必须持续保持压力（例如，通过弹簧加载框架）以防止在负极体积变化时立即发生降解。
为您的目标做出正确选择
为确保您的全固态钠电池项目可行，请根据您的具体开发阶段应用压力策略：
- 如果您的主要关注点是组装和激活：使用液压机施加高“堆叠压力”（例如，约 70-74 MPa），以排出空气并建立层之间的原子级接触。
- 如果您的主要关注点是长期循环稳定性：使用可保持恒定、较低运行压力（例如，约 15 MPa）的装置或压力框架，以补偿体积膨胀并抑制随时间的空隙形成。
最终，机械压力系统不仅仅是一个附件；它是电池的一个主动组成部分，决定了其效率、安全性和寿命。
总结表：
| 因素 | 要求 | 对电池性能的影响 |
|---|---|---|
| 界面接触 | 高堆叠压力（70-74 MPa） | 消除空隙并确保原子级接触。 |
| 体积膨胀 | 恒定运行压力（约 15 MPa） | 补偿材料“呼吸”并防止分层。 |
| 电流流动 | 均匀分布 | 减少电流收缩并减轻枝晶生长。 |
| 离子传输 | 紧密接触点 | 大大降低内阻和界面电阻。 |
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参考文献
- Hao Guo, Matteo Bianchini. Structure and Ionic Conductivity of Halide Solid Electrolytes Based on NaAlCl <sub>4</sub> and Na <sub>2</sub> ZnCl <sub>4</sub>. DOI: 10.1002/advs.202507224
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
