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外部壓力調控對固態電池性能影響的深度剖析

元能科技 2024-09-12 | 閱讀：1992

全固態電池(assb)具有理論能量密度高、本質安全等優點，是最有前途的下一代儲能系統。然而，電極與固體電解質之間“固-固”接觸的限制嚴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，延長電池的循環壽命。通過適當調整外部壓力，可以優化固態電池的性能。但是外部壓力對固態電池的影響是多方面的，主要涉及固態電解質（SSE）、電極以及它們之間的界面（圖1）。以下是對這些影響的詳細分析：

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，從而改善固態電池內部各組件之間的接觸狀態。當外部壓力施加均勻時，能夠確保電池內部各界面（如電極與電解質界面）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，因為緊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.固態電池組成^[1][3]

圖2.受力分布不均勻

2、循環穩定性和安全性

防止鋰枝晶生長：鋰枝晶是固態電池中常見的問題之一，它們可能穿透電解質并導致短路。均勻的外部壓力可以抑制鋰枝晶的生長，因為壓力可以均勻分布在整個電池內部，防止局部區域出現應力集中和鋰枝晶的優先生長（圖3）。

提高循環壽命：均勻的外部壓力有助于保持電池在循環過程中的穩定性，減少因接觸不良和應力集中導致的性能衰減。這可以顯著提高電池的循環壽命，使其更加適用于需要長時間運行的應用場景。

增強安全性：固態電池的安全性是其相對于液態電池的一大優勢。均勻的外部壓力可以進一步增強這種安全性，通過減少短路和漏液等潛在風險來降低熱失控和爆炸等安全事故的發生概率。

圖3.不同壓力下狀態^[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化電池的內部結構，減少無效空間和孔隙，從而提高電池的能量密度。這意味著在相同體積或重量下，固態電池可以存儲更多的能量。

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，滿足高功率應用的需求。

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

圖4.元能科技固態工況分析儀SSB2D00

圖5.應用案例測試數據

表1.對比分析表

綜上所述，外部壓力對固態電池的影響是多方面的，既包括對SSE、電極以及它們之間界面的直接影響，也包括對電池整體性能的間接影響。在設計和制造固態電池時，需要充分考慮外部壓力的作用，通過合理設計壓力參數，實現電池性能的最優化。同時，也需要注意控制壓力的均勻性和穩定性，以避免因壓力不均引起的性能下降或安全問題。

參考文獻

[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.

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