郑大周震/潘科成EEM：堆叠压力如何影响全固态锂金属电池的性能？

基于固态电解质（SE）的全固态锂金属电池（ASSLMB）因其能量密度更高、安全性更强，已成为液态电解液基锂离子电池的理想替代品。

然而，由于ASSLMB缺乏液态电解液的润湿特性，因此需要堆叠压力来缓解电极和SE之间的接触损失。虽然之前的研究表明堆叠压力会影响某些性能方面，但尚未对堆叠压力的影响进行全面研究。

图1 堆叠压力对SE中Li⁺迁移行为的影响

郑州大学周震、潘科成等以Li₆PS₅Cl固态电解质为参考，研究了堆叠压力对SE和ASSLMB性能的影响，以填补领域空白。

此外，这项工作还建立了模型来解释这些影响的根本原因，并预测离子电导率和临界电流密度等电池性能。

研究发现，适度的压力（30-50 MPa）是获得高临界电流密度和抑制枝晶生长的最佳条件。锂箔与电解质之间的接触模式也会影响临界电流密度，”点-平面”接触配置会导致锂沉积不均匀和过早短路。

图2 堆叠压力对Li|LPSC|Li对称电池中枝晶生长的影响

此外，研究发现，堆叠压力也会影响全电池的首次循环的库伦效率和比容量，压力越高，库伦效率和容量越大，但有一个极限，超过这个极限就会导致短路故障。

有趣的是，中等压力（10 MPa）可带来最佳的循环稳定性和整体库伦效率。这些发现强调了在制备ASSLMB过程中优化堆叠压力以获得更好性能和稳定性的重要性。

图3 堆叠压力对Li|LPSC|NCM811全电池性能的影响

How Does Stacking Pressure Affect the Performance of Solid Electrolytes and All-Solid-State Lithium Metal Batteries? Energy & Environmental Materials 2023. DOI: 10.1002/eem2.12670

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