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第一作者：Yu-Ting Chen

通訊作者：孟穎，陳政

通訊單位：美國加州大學圣地亞哥分校

論文速覽

全固態電池正成為儲能技術的潛在繼任者，因為它們的安全性更高，這源于采用不易燃的固態電解質取代傳統鋰離子電池中的有機液體電解質。然而，全固態電池需要精確控制循環壓力，以保持材料之間的有效界面接觸。電池研究中常用的傳統單軸電池夾具在適應電極體積變化、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。

本研究開發了一種利用空氣作為加壓介質，以實現對全固態電池（ASSBs）循環壓力的均勻和精確控制。研究發現，與傳統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，結果顯示隨著循環壓力的增加，電池的電化學性能得到改善，其中2 MPa為最佳運行壓力。

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

圖文導讀

圖1：不同類型電池夾具的結構示意圖。

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用時ASSPCs的電壓曲線和可逆放電容量。

圖3：在不同循環壓力下，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的電化學阻抗譜（EIS）結果，以及在不同壓力下電池阻抗的變化和微結構演變的示意圖。

圖5：雙層ASSPC的FIB-SEM橫截面圖像、電池配置示意圖、不同循環次數的電壓曲線、100個循環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。

總結展望

本研究開發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，成功實現了對ASSBs的均勻和精確壓力控制，顯著提升了電池的電化學性能。研究發現，至少需要2 MPa的循環壓力以保持良好的界面接觸，并且在長期循環中推薦使用更高的壓力以維持緊密接觸。

此外，通過優化陰極復合材料，可以進一步降低全電池阻抗。雙層ASSPC在IPCH中展示了實用容量和高功率放電能力，證明了該技術對于ASSBs商業化的重要性。未來的研究可以集中在進一步優化夾具設計和電池材料，以實現更高的能量密度和循環穩定性。

文獻信息

標題：Enabling Uniform and Accurate Control of Cycling Pressure for All-Solid-State Batteries

期刊：Advanced Energy Materials

DOI：10.1002/aenm.202304327

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