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基于固態(tài)電解質(zhì)（SE）的全固態(tài)鋰金屬電池（ASSLMB）因其能量密度更高、安全性更強(qiáng)，已成為液態(tài)電解液基鋰離子電池的理想替代品。

然而，由于ASSLMB缺乏液態(tài)電解液的潤(rùn)濕特性，因此需要堆疊壓力來緩解電極和SE之間的接觸損失。雖然之前的研究表明堆疊壓力會(huì)影響某些性能方面，但尚未對(duì)堆疊壓力的影響進(jìn)行全面研究。

圖1 堆疊壓力對(duì)SE中Li⁺遷移行為的影響

鄭州大學(xué)周震、潘科成等以Li₆PS₅Cl固態(tài)電解質(zhì)為參考，研究了堆疊壓力對(duì)SE和ASSLMB性能的影響，以填補(bǔ)領(lǐng)域空白。

此外，這項(xiàng)工作還建立了模型來解釋這些影響的根本原因，并預(yù)測(cè)離子電導(dǎo)率和臨界電流密度等電池性能。

研究發(fā)現(xiàn)，適度的壓力（30-50 MPa）是獲得高臨界電流密度和抑制枝晶生長(zhǎng)的最佳條件。鋰箔與電解質(zhì)之間的接觸模式也會(huì)影響臨界電流密度，”點(diǎn)-平面”接觸配置會(huì)導(dǎo)致鋰沉積不均勻和過早短路。

圖2 堆疊壓力對(duì)Li|LPSC|Li對(duì)稱電池中枝晶生長(zhǎng)的影響

此外，研究發(fā)現(xiàn)，堆疊壓力也會(huì)影響全電池的首次循環(huán)的庫(kù)倫效率和比容量，壓力越高，庫(kù)倫效率和容量越大，但有一個(gè)極限，超過這個(gè)極限就會(huì)導(dǎo)致短路故障。

有趣的是，中等壓力（10 MPa）可帶來最佳的循環(huán)穩(wěn)定性和整體庫(kù)倫效率。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了在制備ASSLMB過程中優(yōu)化堆疊壓力以獲得更好性能和穩(wěn)定性的重要性。

圖3 堆疊壓力對(duì)Li|LPSC|NCM811全電池性能的影響

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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