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第一作者：Yu-Ting Chen

通訊作者：孟穎，陳政

通訊單位：美國加州大學(xué)圣地亞哥分校

論文速覽

全固態(tài)電池正成為儲能技術(shù)的潛在繼任者，因?yàn)樗鼈兊陌踩愿撸@源于采用不易燃的固態(tài)電解質(zhì)取代傳統(tǒng)鋰離子電池中的有機(jī)液體電解質(zhì)。然而，全固態(tài)電池需要精確控制循環(huán)壓力，以保持材料之間的有效界面接觸。電池研究中常用的傳統(tǒng)單軸電池夾具在適應(yīng)電極體積變化、提供均勻的壓力分布和長期保持一致的壓力方面面臨挑戰(zhàn)。

本研究開發(fā)了一種利用空氣作為加壓介質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)對全固態(tài)電池（ASSBs）循環(huán)壓力的均勻和精確控制。研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的單軸電池夾具相比，IPCH能夠提供更均勻的壓力分布，從而顯著提升電池的電化學(xué)性能。在1至5 MPa的壓力下測試了LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂|Li₆PS₅Cl|Si軟包電池，結(jié)果顯示隨著循環(huán)壓力的增加，電池的電化學(xué)性能得到改善，其中2 MPa為最佳運(yùn)行壓力。

理論容量為100 mAh的雙層軟包電池在IPCH夾具下循環(huán)時，首次庫侖效率達(dá)到76.9%，放電容量為173.6 mAh g^?1（88.1 mAh），在100個循環(huán)后保持了83.6%的容量。這些發(fā)現(xiàn)突出了等靜壓軟包電池夾具在提高ASSBs性能和實(shí)際應(yīng)用中的有效性。

圖文導(dǎo)讀

圖1：不同類型電池夾具的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2：在不同夾具下ASSPCs密封邊緣上的壓力分布，以及在單軸和等靜壓下應(yīng)用時ASSPCs的電壓曲線和可逆放電容量。

圖3：在不同循環(huán)壓力下，不同電流密度的ASSPCs的倍率性能測試，以及在5 MPa、30°C和0.1C條件下雙層ASSPC的初始庫侖效率和放電容量。

圖4：在不同壓力變化下ASSPCs的電化學(xué)阻抗譜（EIS）結(jié)果，以及在不同壓力下電池阻抗的變化和微結(jié)構(gòu)演變的示意圖。

圖5：雙層ASSPC的FIB-SEM橫截面圖像、電池配置示意圖、不同循環(huán)次數(shù)的電壓曲線、100個循環(huán)后的放電容量保持情況，以及使用雙層ASSPC為一個額定2.5 V和300 mA的白熾燈泡供電的圖片。

總結(jié)展望

本研究開發(fā)的等靜壓軟包電池夾具（IPCH）通過使用壓縮空氣作為加壓介質(zhì)，成功實(shí)現(xiàn)了對ASSBs的均勻和精確壓力控制，顯著提升了電池的電化學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)，至少需要2 MPa的循環(huán)壓力以保持良好的界面接觸，并且在長期循環(huán)中推薦使用更高的壓力以維持緊密接觸。

此外，通過優(yōu)化陰極復(fù)合材料，可以進(jìn)一步降低全電池阻抗。雙層ASSPC在IPCH中展示了實(shí)用容量和高功率放電能力，證明了該技術(shù)對于ASSBs商業(yè)化的重要性。未來的研究可以集中在進(jìn)一步優(yōu)化夾具設(shè)計(jì)和電池材料，以實(shí)現(xiàn)更高的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Enabling Uniform and Accurate Control of Cycling Pressure for All-Solid-State Batteries

期刊：Advanced Energy Materials

DOI：10.1002/aenm.202304327

原創(chuàng)文章，作者：計(jì)算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/05/15/0b4b785c64/

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