全固態(tài)電池(assb)具有理論能量密度高、本質(zhì)安全等優(yōu)點(diǎn)，是最有前途的下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而，電極與固體電解質(zhì)之間“固-固”接觸的限制嚴(yán)重阻礙了界面電荷傳輸。研究表明，外部壓力的引入可以有效降低“固-固”接觸電阻，延長(zhǎng)電池的循環(huán)壽命。通過適當(dāng)調(diào)整外部壓力，可以優(yōu)化固態(tài)電池的性能。但是外部壓力對(duì)固態(tài)電池的影響是多方面的，主要涉及固態(tài)電解質(zhì)（SSE）、電極以及它們之間的界面（圖1）。以下是對(duì)這些影響的詳細(xì)分析：

1、界面接觸性能

提高界面接觸性能：外部壓力可以使固體組分變形，從而改善固態(tài)電池內(nèi)部各組件之間的接觸狀態(tài)。當(dāng)外部壓力施加均勻時(shí)，能夠確保電池內(nèi)部各界面（如電極與電解質(zhì)界面）的接觸更加緊密，減少接觸不良和孔隙，提高離子和電子的傳輸效率。

降低界面電阻：均勻的外部壓力有助于降低界面電阻，因?yàn)榫o密的接觸可以減少電子和離子在傳輸過程中的阻礙，從而提高電池的整體性能。不均勻的受力情況如圖2。

圖1.固態(tài)電池組成^[1][3]

圖2.受力分布不均勻

2、循環(huán)穩(wěn)定性和安全性

防止鋰枝晶生長(zhǎng)：鋰枝晶是固態(tài)電池中常見的問題之一，它們可能穿透電解質(zhì)并導(dǎo)致短路。均勻的外部壓力可以抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，因?yàn)閴毫梢跃鶆蚍植荚谡麄€(gè)電池內(nèi)部，防止局部區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中和鋰枝晶的優(yōu)先生長(zhǎng)（圖3）。

提高循環(huán)壽命：均勻的外部壓力有助于保持電池在循環(huán)過程中的穩(wěn)定性，減少因接觸不良和應(yīng)力集中導(dǎo)致的性能衰減。這可以顯著提高電池的循環(huán)壽命，使其更加適用于需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的應(yīng)用場(chǎng)景。

增強(qiáng)安全性：固態(tài)電池的安全性是其相對(duì)于液態(tài)電池的一大優(yōu)勢(shì)。均勻的外部壓力可以進(jìn)一步增強(qiáng)這種安全性，通過減少短路和漏液等潛在風(fēng)險(xiǎn)來降低熱失控和爆炸等安全事故的發(fā)生概率。

圖3.不同壓力下狀態(tài)^[2][4]

3、能量密度和功率密度

提高能量密度：均勻的外部壓力有助于優(yōu)化電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少無(wú)效空間和孔隙，從而提高電池的能量密度。這意味著在相同體積或重量下，固態(tài)電池可以存儲(chǔ)更多的能量。

提升功率密度：由于均勻的外部壓力改善了離子和電子的傳輸效率，固態(tài)電池的功率密度也可能得到提升。這使得電池能夠更快地充放電，滿足高功率應(yīng)用的需求。

元能科技固態(tài)電池工況分析儀可以對(duì)固態(tài)電池施加均勻的外部壓力，可以在不同溫度下（-20℃~80℃）進(jìn)行不同壓力不同工況的測(cè)試，壓力上限可達(dá)到10T，厚度測(cè)試精度為1μm，對(duì)于固態(tài)電池前期的外部壓力摸索提供幫助。

圖4.元能科技固態(tài)工況分析儀SSB2D00

圖5.應(yīng)用案例測(cè)試數(shù)據(jù)

表1.對(duì)比分析表

綜上所述，外部壓力對(duì)固態(tài)電池的影響是多方面的，既包括對(duì)SSE、電極以及它們之間界面的直接影響，也包括對(duì)電池整體性能的間接影響。在設(shè)計(jì)和制造固態(tài)電池時(shí)，需要充分考慮外部壓力的作用，通過合理設(shè)計(jì)壓力參數(shù)，實(shí)現(xiàn)電池性能的最優(yōu)化。同時(shí)，也需要注意控制壓力的均勻性和穩(wěn)定性，以避免因壓力不均引起的性能下降或安全問題。

參考文獻(xiàn)

[1] Wu J, Liu S, Han F, Yao X, Wang C. Lithium/sulfide all-solid-state batteries using sulfide electrolytes. Adv Mater 2021;33:e2000751. 

[2] Li S, Zhang W, Zheng J, Lv M, Song H, Du L. Inhibition of polysulfide shuttles in Li–S batteries: modified separators and solid-state electrolytes. Adv Energy Mater 2020;11:2000779. 

[3] Yue J, Yan M, Yin Y-X, Guo Y-G. Progress of the interface design in all-solid-state Li-S batteries. Adv Funct Mater 2018;28:1707533. 

[4] T. Liebmann, C. Heubner, M. Schneider and A. Michaelis, Understanding kinetic and thermodynamic properties of blended cathode materials for lithium-ion batteries, Materials Today Energy, 22 (2021) 100845.

[5] Jia M, Zhao N, Huo H, Guo X. Comprehensive investigation into garnet electrolytes toward application-oriented solid lithium batteries. Electrochemical Energy Reviews 2020;3:656–89. 

[6] Sun C, Liu J, Gong Y, Wilkinson DP, Zhang J. Recent advances in all-solid-state rechargeable lithium batteries. Nano Energy 2017;33:363–86. 

[7] Xia S, Wu X, Zhang Z, Cui Y, Liu W. Practical challenges and future perspectives of all-solid-state lithium-metal batteries. Chem 2019;5:753–85.