第一作者：Yu-Ting Chen
通讯作者：孟颖，陈政
通讯单位：美国加州大学圣地亚哥分校
论文速览
全固态电池正成为储能技术的潜在继任者，因为它们的安全性更高，这源于采用不易燃的固态电解质取代传统锂离子电池中的有机液体电解质。然而，全固态电池需要精确控制循环压力，以保持材料之间的有效界面接触。电池研究中常用的传统单轴电池夹具在适应电极体积变化、提供均匀的压力分布和长期保持一致的压力方面面临挑战。
本研究开发了一种利用空气作为加压介质，以实现对全固态电池（ASSBs）循环压力的均匀和精确控制。研究发现，与传统的单轴电池夹具相比，IPCH能够提供更均匀的压力分布，从而显著提升电池的电化学性能。在1至5 MPa的压力下测试了LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2|Li6PS5Cl|Si软包电池，结果显示随着循环压力的增加，电池的电化学性能得到改善，其中2 MPa为最佳运行压力。
理论容量为100 mAh的双层软包电池在IPCH夹具下循环时，首次库仑效率达到76.9%，放电容量为173.6 mAh g?1（88.1 mAh），在100个循环后保持了83.6%的容量。这些发现突出了等静压软包电池夹具在提高ASSBs性能和实际应用中的有效性。
图文导读
图1：不同类型电池夹具的结构示意图。
图2：在不同夹具下ASSPCs密封边缘上的压力分布，以及在单轴和等静压下应用时ASSPCs的电压曲线和可逆放电容量。
图3：在不同循环压力下，不同电流密度的ASSPCs的倍率性能测试，以及在5 MPa、30°C和0.1C条件下双层ASSPC的初始库仑效率和放电容量。
图4：在不同压力变化下ASSPCs的电化学阻抗谱（EIS）结果，以及在不同压力下电池阻抗的变化和微结构演变的示意图。
图5：双层ASSPC的FIB-SEM横截面图像、电池配置示意图、不同循环次数的电压曲线、100个循环后的放电容量保持情况，以及使用双层ASSPC为一个额定2.5 V和300 mA的白炽灯泡供电的图片。
总结展望
本研究开发的等静压软包电池夹具（IPCH）通过使用压缩空气作为加压介质，成功实现了对ASSBs的均匀和精确压力控制，显著提升了电池的电化学性能。研究发现，至少需要2 MPa的循环压力以保持良好的界面接触，并且在长期循环中推荐使用更高的压力以维持紧密接触。
此外，通过优化阴极复合材料，可以进一步降低全电池阻抗。双层ASSPC在IPCH中展示了实用容量和高功率放电能力，证明了该技术对于ASSBs商业化的重要性。未来的研究可以集中在进一步优化夹具设计和电池材料，以实现更高的能量密度和循环稳定性。
文献信息
标题：Enabling Uniform and Accurate Control of Cycling Pressure for All-Solid-State Batteries
期刊：Advanced Energy Materials DOI：10.1002/aenm.202304327
