回顾固态电池开发的最新进展晨熙

回顾固态电池开发的最新进展

固态电池是一种高能量密度的新兴电池技术，可以与锂离子电池竞争，后者为当今市场上的各种电子设备提供动力。与传统的LIB相比，SSB具有基于“陶瓷”的固态电解质，可将电池内部的阳极和阴极分隔开。在某些电池中，这种设计可以使用锂作为阳极

在将SSB大规模商业化和实施之前，研究人员必须确定具有成本效益的策略来生产其单个组件并开发有前途的电池设计。麻省理工学院的研究人员写了一篇综述性论文，总结了该领域的最新进展，概述了可用于未来SSB设计中的固体电解质和电解质/阴极膜的处理策略。

“由于大多数过去的研究都集中在粒状固体电解质上，因此目前SSB成本预测所概述的生产成本中有75％被高估了，因为它们是基于高温经典烧结技术进行固体电解质处理的，” Moran Balaish说道，进行这项研究的一位研究人员通过电子邮件告诉TechXplore。“

因此，一些预测得出结论，如果成本是决定性因素，基于氧化物固体电解质的SSB成本高昂，几乎无法与LIB竞争。我们提供了影响电池组装的低温制造选择，这表明研究人员不仅报告并反映了经典的Arrhenius输运Li +图和电化学稳定性窗口，但也基于新的“热处理预算”。”

Rupp和她的同事在论文中强调，现在有足够的机会在1-20 um的所需尺寸范围内在低温下制造陶瓷SSB电解质膜。此外，他们认为，通过避免使用昂贵的阴极和电解质共烧结策略，现有策略可以降低SSB的生产成本。

“例如，如果在设计和制造SSB氧化物基电池时避免高温共烧结，则可以使用较少的钴来生产阴极材料，这可以帮助避免资源的地缘社会政治冲突。未来。”鲁普解释说。

将来，Rupp和她的同事讨论的替代共烧结策略可能会影响基于氧化物的Li基SSB的竞争力。此外，它们可以为进一步研究电动汽车或便携式电子产品的低温固态电池铺平道路。

鲁普说：“迄今为止，大多数基于实验室的学术研究都选择制造烧结颗粒作为测试材料和组装细胞的方法。” “只有少数小组研究替代方案，例如开发胶带和薄膜以适应薄而坚固的电解质的单边带的现实和竞争性设计。这与该领域的发展有许多历史原因，

但是，不利的是烧结成颗粒太强地限制了所提及的钴还原阴极的集成，具有不良的形状因数和高昂的工艺成本，因为这些阴极材料中有更多的材料在高温下与电解质组分共烧结时很不稳定。”

鲁普和她的同事们撰写的这篇评论文章最终传达了一个相当简单的信息。更具体地说，它突出了过渡到SSB电解质合成的好处，其方式使其尺寸类似于LIB中经典聚合物隔板的尺寸。研究人员认为，这种过渡对于改善SSB的结构并降低其成本，同时为在更大范围内整合非钴制成的阴极开辟新的可能性，将是有价值的。

“令我们惊讶的是，即使在技术上需要使用薄而坚固的电解质的SSB设计，但在该领域仍缺乏基于毫米尺寸形状因子的烧结球团数据显示大多数Arrhenius图和电化学窗口的方法，”最早的作者之一胡安·卡洛斯·冈萨雷斯-罗西洛说。

尽管有几项研究强调了具有几微米厚组件的SSB的潜力，但到目前为止，很少有团队提出有效的策略来大规模生产这些组件。鲁普和她的同事们在他们的论文中，基于他们过去几年收集的研究证据提出了自己的假设，提出了最终可以实现这一目标的方法。

“我们在论文中提出的一些问题是：哪种方法适合开发这些组件，重要的是，这些方法将如何影响热处理预算以降低成本，并提供避免阴极/电解质组件共烧结的选择“我们的审查是一项卑微的工作，旨在激励其他团队探索替代制造薄而坚固的SSB以及用于SSB的电解液的选择，” Rupp补充道。

在未来的研究中，研究人员计划将重点放在SSB开发的两个主要方面。首先，他们想概述各种其他策略，这些策略可用于处理SSB的阴极和电解质，而无需依靠共烧结过程。

鲁普说：“与传统的粉末制粒法或带状法相比，这些方法具有挑战性，并且比传统方法要耗时得多，因为存在巨大的参数范围和最佳的致密化方案，同时保持化学计量的化学计量并不那么简单，”鲁普解释。“但是，如果解决了挑战，这些挑战可能会提供有价值的替代制造方式，从长远来看，这将为整合更多减少钴的阴极材料打开大门。”

鲁普和她的同事们还计划进行新的研究，探索各种方法来加速SSB的大规模开发和实施。当前，估计在实验室环境中SSB电解质的设计，开发和制造平均需要10年以上。减少尺寸尺寸中的这些组件可能还需要5到10年的时间。这些时间非常长，这凸显了对更快处理技术的需求。

鲁普说：“在我们目前的研究中，我们探索并给出了陶瓷化合物及其化学成分的快速筛选和快速自动化处理的方法，以测试性能并更快地将最佳制造路线迭代至最佳状态。” “这并不像人们想象的那么简单，因为从学术界到粉末或烧结化合物的传统固态电池加工路线对于快速筛选和运行自动循环具有一定的复杂性。

我们希望通过具体示例和对潜力的分析来支持我们的工作更适合于寻求最佳处理条件的快速循环和自动化方法，以制造用于未来固态电池设计的组件和电池。”

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