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元能科技（厦门）有限公司
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1、前言
全固态电池的研究中，一直以来压力都被认定是关键因子，行业普遍认为增大压力可以改善固态界面问题，但实际应用中过大压力提升界面的同时又会带来材料本身结构变化、实际运行工况无法使用等一系列问题；看似小小的一个压力指标反而成了当前固态行业想要高度攻克的难题、/span>
好巧不巧近期在固态知识充电检索过程中学习到了Yan等人发表的《Unraveling stepwise pressure effects on interfacial structure and electrochemical dynamics in sulfide-based all-solid-state Lithium batteries》一文，文中将固态电池装配压力拆分为电解质预压、电?电解质终压两级，结合电化学表征与多物理场模拟揭示界面演化规律得到最优工艺，为固态电池标准化制备提供完整方案、/span>
看文章过程中在想，应该要把元能的SEMS3200系列多维度固态电解质测试系统介绍给作者老师，或许有了这台设备这篇文章关于压力量化指标的测定会更加细化丰富，这套系统是专用聚焦于硫化物固态电解质及模具电池组装工艺过程中的应用，可有效解决硫化物固态电解质研究过程中环境条件控制、压力压制调控、离子电导率测定评估、模具电池制作完成自动锁螺丝等全方位需求；尤其是对应此篇文章中的力学指标的研究，该系统是一体化伺服控压系统及高精度测厚系统，可大幅度提升压力不稳定引入的影响，且有一体化集成的BioLgic(SP-200)电化学工作站硬件及软件联动，测试数据一键输出、/span>
好了，言归正传。以上的思考只是插曲，这里的目的还是要带大家看一下这篇文章的主要内容，接下来就让我们一起来看下文章的具体内容吧?/span>
?. (a)全固态电池制作过程中的分步骤压力示意图；（文章中?b)元能SEMS3200糺/span>列固态电解质测试系统示意图（非文章中（/span>
2、文章实验方法概?/strong>
原料与电极：合成LPSCl、LGPS固态电解质；溶?凝胶法制备LNO包覆LCO正极，正极与电解质按7:3混合。负极采用Li-In合金、/span>
表征与模拟：采用FE-SEM、原位SEM-Raman观测界面形貌与应力；电化学工作站测试离子电导率、EIS阻抗并结合DRT弛豫时间解析电化学过程。分别采用有限元FEM、物质点MPM开展多物理场模拟：FEM解析应力分布，MPM适配界面大变形，还原不同压力下界面粗糙度、应力集中与致密化行为、/span>
电池装配９/span>电解质先预压2 min，复合正极后终压3 min；全电池单侧铺正极、另一侧装配Li-In负极，施加梯度持压完成循环测试。压力梯度：预压250?25MPa，终?50?50MPa，运行持??50MPa、/span>
3、文章重点结果与结论
3.1 终压筛逈/span>
低压250MPa下电解质孔隙裂纹多，离子电导?.02 mS*cm⁻¹；压力升高颗粒接触改善?25MPa时电导达1.54 mS*cm⁻¹，片体完整?50MPa易碎裂，故确定最优终?25MPa、/span>
?. (a) 不同终压 LPSCl 电解质层离子电导率；
不同压力下电解质表面形貌９/span>(b1-b2) 250MPa?c1-c2) 375MPa?d1-d2) 500MPa?e1-e2) 625MPa?f1-f2) 750MPa
3.2 多物理场模拟
多物理场模拟结果表明?50MPa低预压电解质表面凹凸不均，终压复合后界面大量空隙，局部应力集中破碎；625MPa高预压电解质表面过度平整，界面应力骤升，层间粘附力不足，正极易剥离；375MPa中等预压表面保留适度粗糙度，形成连续带状应力区，压制后构建无裂纹机械互锁界面，界面应力稳定可控、/span>
?. (a) FEM 模型中不同预压压力下电解质层应力分布演化云图：/span>
(b) MPM 模型不同预压压力下固态电解质层表面截面形貋/span>
（灰色：刚性基底与压头；黄色：硫化物固态电解质；橙色：刚性模具）
?. (a)多物理场模拟模型示意国(b)不同预压压力下界面应力演化曲纾(c) MPM 模型不同预压压力下界面截面形貋/span>
3.3 预压对界面的影响
以复合正?固态电解质?复合正极组装对称电池测试EIS-DRT结果显示?50MPa?25MPa预压电池界面阻抗显著偏高?75MPa?00MPa预压界面阻抗更低。原位SEM-Raman验证机理表明低压预压电解质表面起伏大，压制应力分布不均，界面产生微裂纹，拉曼特征峰偏移证明界面应力微弱；高压预压电解质表面过于光滑，层间咬合失效，界面出现平直裂缝；375MPa预压样品界面紧密，拉曼峰无明显偏移，离子传输通道通畅，进一步确?75MPa为最优预压、/span>
?. (a)不同电池奈奎斯特阻抗图；(b)对应弛豫时间分布 DRT 谱；(c)各组对称电池分阻抗数值对毓/span>
3.4 运行持压优化与工艺普适?/span>
构筑优质正极—电解质界面后，匹配适宜的装配持压是保障全固态电池稳定循环的关键。设置梯度装配持压（0?25?50MPa）组装全电池，在首次充放电全过程同步采集EIS 并开展DRT解析，拆分不同阻抗过程贡献，0MPa无外压，循环中界面持续产生间隙，50周容量仅剩余80%?50MPa高压持压，晶格蠕变受阻，锂离子扩散受限，初始容量偏低?25MPa持压，界面接触稳定，充放电阻抗维持低位，首周容量120 mAh*g⁻¹，50周容量保持率97%。另外明确正极添?wt% VGCF导电剂可显著提升0.5 C高倍率性能。LPSCl、LGPS电解质模量相近，采用同一套工艺平行制备电池，三项性能指标一致性均高于97%，工艺通用性强。最优参数：预压375MPa、终?25MPa、运行持?25MPa，正极面载量6.24 mg*cm⁻²、/span>
?. 不同装配持压下充放电全过 EIS-DRT 分析?a)0MPa?b)125MPa?c) 250MPa：/span>
不同持压电池性能统计?d)初始容量?e) 初始库仑效率?f)50 次循环容量保持率
4、总结
该篇文章创新拆分硫化物固态电池两步制备压力，阐明预压调控界面结构、终压实现整体致密化的分工机制?75MPa预压构筑机械互锁界面?25MPa终压平衡致密化与膜片完整性，搭配125MPa运行持压实现高可逆、长循环稳定性能。该工艺适配多种硫化物电解质，电池重复性优异。后续可建立电解质力学性能与压制参数的定量模型，拓展体系适配范围。本研究厘清分步压力的界面调控机理，为硫化物固态电池标准化制备与性能评测提供可靠理论与工艺支撑、/span>
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