【最新科研】锂电电池堆压

张明 2025-08-14

电堆压力，对于确保电池中的固体-固体界面接触，是至关重要的，并发挥着特别关键的作用。在电池中，电池组压力水平的广泛变化，仍有待探索电池组压力与电池化学相互作用。

近日，北京理工大学Qianya Li, Hao Liu, Yusheng Ye, Karen Jiayi Li, 吴锋院士Feng Wu, 李丽Li Li & 陈人杰Renjie Chen等，在Nature Energy上发文，强调了电池堆压力的重要性，并将临界电池堆压力经验模型作为确定最佳电池堆压力。

从分析广泛电堆压力stack pressures开始，这些压力跨越多个数量级。然后，将影响分为四个不同阶段，并解释不同作用。

还研究了电池堆压力的电化学-力学关系，以揭示耦合效应。未来，关于电池堆压力的研究，应集中在基准测试、诊断、空间分布和最小化等领域。对电池组压力的深入了解，将有助于开发更可靠、更实用的各种化学电池设计。

图1: 锂离子电池lithium-ion batteries，LIBs、液态锂金属电池lithium-metal batteries，LMBs和固态LMBs中，堆叠压力的示意图和范围分布。

图2: 电池组压力对防止电池中空隙的影响。

图3: 电池中堆压力的电化学-力学关系，其中电化学行为和堆压力作为两个不同维度。

图4: 电堆压力过大造成的问题和故障机制。

图5: 电池中，关键电堆压力critical stack pressure，CSP经验模型及其分析。

图6: 电池堆压力的未来方向。

该项研究，报道了电池堆压（外部压力）对性能的核心影响。通过分析锂/钠/钾等电池体系的数据，研究发现堆压不足导致界面空隙，而过高压力引发材料破裂（图4）。还提出“临界堆压（CSP）模型”（图5c），明确液态电池，需单一最优压力（如0.35 MPa），固态电池需双阈值（启动压力CSPₛ₁+优化压力CSPₛ₂）。该模型通过实时监测压力-电量变化（dP/dQ信号，图3c）诊断电池状态，为设计高能、长寿命电池提供量化标准。这将推动固态电池降本及电动车超8000节电池组的压力管理革新。