外部压力调控对固态电池性能影响的深度剖析

全固态电池(assb)具有理论能量密度高、本质安全等优点，是最有前途的下一代储能系统。然而，电极与固体电解质之间“固-固”接触的限制严重阻碍了界面电荷传输。研究表明，外部压力的引入可以有效降低“固-固”接触电阻，延长电池的循环寿命。通过适当调整外部压力，可以优化固态电池的性能。但是外部压力对固态电池的影响是多方面的，主要涉及固态电解质（SSE）、电极以及它们之间的界面（图1）。以下是对这些影响的详细分析：

界面接触性能

提高界面接触性能：外部压力可以使固体组分变形，从而改善固态电池内部各组件之间的接触状态。当外部压力施加均匀时，能够确保电池内部各界面（如电极与电解质界面）的接触更加紧密，减少接触不良和孔隙，提高离子和电子的传输效率。

降低界面电阻：均匀的外部压力有助于降低界面电阻，因为紧密的接触可以减少电子和离子在传输过程中的阻碍，从而提高电池的整体性能。不均匀的受力情况如图2。

图1.固态电池组成[1][3]

图2.受力分布不均匀

循环稳定性和安全性

防止锂枝晶生长：锂枝晶是固态电池中常见的问题之一，它们可能穿透电解质并导致短路。均匀的外部压力可以抑制锂枝晶的生长，因为压力可以均匀分布在整个电池内部，防止局部区域出现应力集中和锂枝晶的优先生长（图3）。

提高循环寿命：均匀的外部压力有助于保持电池在循环过程中的稳定性，减少因接触不良和应力集中导致的性能衰减。这可以显著提高电池的循环寿命，使其更加适用于需要长时间运行的应用场景。

增强安全性：固态电池的安全性是其相对于液态电池的一大优势。均匀的外部压力可以进一步增强这种安全性，通过减少短路和漏液等潜在风险来降低热失控和爆炸等安全事故的发生概率。

图3.不同压力下状态[2][4]

能量密度和功率密度

提高能量密度：均匀的外部压力有助于优化电池的内部结构，减少无效空间和孔隙，从而提高电池的能量密度。这意味着在相同体积或重量下，固态电池可以存储更多的能量。

提升功率密度：由于均匀的外部压力改善了离子和电子的传输效率，固态电池的功率密度也可能得到提升。这使得电池能够更快地充放电，满足高功率应用的需求。

元能科技固态电池工况分析仪可以对固态电池施加均匀的外部压力，可以在不同温度下（-20℃~80℃）进行不同压力不同工况的测试，压力上限可达到10T，厚度测试精度为1μm，对于固态电池前期的外部压力摸索提供帮助。

图4.元能科技固态工况分析仪SSB2D00

图5.应用案例测试数据

表1.对比分析表

综上所述，外部压力对固态电池的影响是多方面的，既包括对SSE、电极以及它们之间界面的直接影响，也包括对电池整体性能的间接影响。在设计和制造固态电池时，需要充分考虑外部压力的作用，通过合理设计压力参数，实现电池性能的最优化。同时，也需要注意控制压力的均匀性和稳定性，以避免因压力不均引起的性能下降或安全问题。

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参考文献

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