不同压力下的硫化物固态电解质离子电导率变化

2026-07-24 　来源：苏州利电新能检测设备有限公司　>>进入该公司展台　

01、前言

固态电池因其高安全性与高能量密度潜力，被视为下一代储能技术的核心方向，而固态电解质正是取代传统易燃液态电解液、决定锂离子传输性能的关键材料。在众多固态电解质体系中，硫化物固态电解质凭借与液态相近的高离子电导率、良好的机械软度与易冷压成型等优点，被公认为最具产业化前景的体系之一。

然而，硫化物电解质多以粉末冷压成型，其内部离子传输强烈依赖颗粒之间的固-固接触：未充分压实的电解质片内部存在大量孔隙与晶界，粒子接触不良会引入显著的晶界与界面阻抗，从而严重劣化整体离子电导率。在实际电芯的叠片、堆叠与不同工况服役过程中，电解质始终承受不同的外加压力，压力大小直接改变电解质片的致密度、厚度与颗粒接触状态，进而决定其离子传输能力。因此，系统研究外部压力对硫化物固态电解质离子电导率的影响，对于优化电芯堆叠压力、降低界面阻抗、提升固态电池综合性能具有重要意义。

02、实验方案

针对此，苏州利电与客户合作，采用了加压设备与电化学工作站的联用，实现加压过程中的厚度实时测试与电化学实时测试。主要测试过程为：将电解质置于密封模具中，在500–2000kg压力范围内以500kg为梯度加压，原位表征硫化物固态电解质在不同压力下的阻抗与离子电导率变化规律。具体方案如下：

1、样品装填：挑选粒径在5-6μm的单个颗粒，进行以10mN上限力循环两圈测试，通过两段下压的位移差值得到回弹量来进行回复率的计算；

2、加压梯度：使用加压设备对模具施加500、1000、1500、2000kg四级压力（对应压强约36.9、73.8、110.7、147.7MPa），每档保压2min后保持稳定；

3、阻抗测试：在保压状态下原位开展EIS测试，频率范围1MHz–1Hz，交流扰动电压10mV；

4、数据采集与计算：记录各压力下的奈奎斯特谱与对应实际片厚，依据σ=L/(R·A)计算离子电导率，并核算压实密度。

03、测试结果分析

图1：不同压力下的EIS图谱

随压力由500kg提升至2000kg，电解质片实际厚度由0.091cm降至0.0745cm（约-18.1%），压实密度由1.264g/cm³升至1.544g/cm³（约+22.2%），总阻抗由54.3Ω降至20.7Ω（约-61.9%）。EIS奈奎斯特图显示，随压力升高，曲线整体向坐标原点收缩，低频区截距（总阻抗）显著减小，说明加压促使粉末颗粒重排、破碎并紧密接触，孔隙与晶界空隙减少，离子迁移路径缩短、有效接触面积增大。

表1：不同压力下的离子电导率测试结果

离子电导率按公式σ=L/(R·A)计算，其中L为实测片厚（cm），R为EIS高频-低频截距所得总阻抗（Ω），A为测试面积（1.327cm²）；压实密度按ρ=m/(A·L)计算。

测试结果如表1所示，我们可以看到，随着压力上升，电解质压实密度提升，离子电导率也上升：500kg到2000kg上升过程中，压实密度由1.26提升至1.54g/cm3，离子电导率由1.26提升至2.71mS/cm，提升幅度达2倍，并且尚未出现明显拐点，后续压力可以继续增大。

04、结论

从测试结果中我们可以知道，硫化物固态电解质的离子电导率随外加压力增大压实密度增大，离子电导率增大更加显著，由此可以推断：离子电导率提升主要源于加压提高了电解质片致密度、减小了片厚，改善颗粒间接触，从而大幅降低晶界面阻抗。

而在这个测试过程中，苏州利电的粉末加压设备为客户提供了便捷的测试方案。除了可以提供稳定的压力来源，还可以进行厚度的实时计算，避免了人工脱模测试带来的烦恼，提升了工作效率。

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