當今市場大多采用鋰離子電池（LIB）為各種電子設備提供動力，而固態(tài)電池（SSB）作為一種高能量密度的電池技術，具有「陶瓷」固態(tài)電解質(zhì)，可將電池內(nèi)部的陽極和陰極分隔開（部分固態(tài)電池使用鋰作為陽極）。

在將固態(tài)電池大規(guī)模商業(yè)化之前，研究人員必須選擇具有成本效益的策略來生產(chǎn)其單個組件并開發(fā)新的電池設計。麻省理工學院（MIT）的研究人員寫了一篇綜述性論文，總結(jié)了該領域的最新進展，概述了可用于未來固態(tài)電池設計中的電解質(zhì)膜和陰極膜的處理策略。

「由于過去的大多數(shù)研究都集中在粒狀固體電解質(zhì)上，因此目前SSB預估的生產(chǎn)成本中有75％被高估了，因為它們是基于高溫共燒結(jié)技術進行固體電解質(zhì)處理的，」Moran Balaish說道「因此，一些預測得出結(jié)論，基于氧化物固體電解質(zhì)的SSB幾乎無法與LIB競爭。」

這篇綜述文章傳達了一個相當簡單的信息，即過渡到固態(tài)電池的新方式。這種過渡方式對于改善固態(tài)電池結(jié)構(gòu)并降低其成本是非常有價值的，同時為在更大范圍內(nèi)整合非鈷陰極開辟新的可能性。

圖示：基于金屬鋰的SSB的成本和設計注意事項。

盡管有幾項研究強調(diào)了只有幾微米厚的固態(tài)電池的潛力，但到目前為止，很少有團隊能夠提出大規(guī)模生產(chǎn)這些組件的有效策略。Rupp基于他們過去幾年收集的研究證據(jù)提出了自己的假設，并且提出了最終可以實現(xiàn)這一目標的方法。

「我們在論文中提出的一些問題是：哪種方法適合開發(fā)這些組件，這些方法將如何影響熱處理預算以降低成本，并提供避免陰極/電解質(zhì)共燒結(jié)的選擇。目的是激勵其他團隊探索替代制造薄而結(jié)實的固態(tài)電池以及用于SSB的電解質(zhì)的選擇。」

「我們提供了影響電池組裝的低溫制造選擇。」Rupp在論文中強調(diào)，現(xiàn)在有足夠的機會在1-20微米的所需尺寸范圍內(nèi)在低溫下制造陶瓷SSB電解質(zhì)膜。

此外，他們認為，通過避免使用昂貴的陰極和電解質(zhì)共燒結(jié)策略，現(xiàn)有策略可以降低SSB的生產(chǎn)成本。「例如，如果在設計和制造SSB氧化物基電池時避免高溫共燒結(jié)，則可以使用較少的鈷來生產(chǎn)陰極材料。」

還討論了替代共燒結(jié)策略可能會影響基于氧化物的鋰基固態(tài)電池的競爭力，可以為電動汽車或便攜式電子產(chǎn)品中的低溫固態(tài)電池的進一步研究鋪平道路。

「迄今為止，大多數(shù)實驗室的學術研究都選擇制造燒結(jié)顆粒作為測試和組裝的方法，只有少數(shù)幾家研究替代性的設計。但問題是，由于陰極中的很多材料在高溫下與電解質(zhì)共燒結(jié)時都是不穩(wěn)定的，燒結(jié)成顆粒會過于限制鈷在陰極的集成，導致不理想的形狀和高昂的工藝成本。」在未來的研究中，研究人員計劃將重點放在SSB開發(fā)的兩個主要方面。首先，他們概述了各種其他無需依靠共燒結(jié)過程、可用于處理SSB的陰極和電解質(zhì)的策略。

「與傳統(tǒng)的『從粉末到顆粒或帶狀』的制造方法相比，新方法具有很多挑戰(zhàn)、更加耗時，因為存在巨大的參數(shù)范圍，同時保持化學計量并不那么簡單。但是，如果解決了這些挑戰(zhàn)，可能會產(chǎn)生有價值的替代制造方式，從長遠來看，這將為整合更多減少鈷含量的陰極材料打開大門。」

正計劃進行新的研究，以探索加速大規(guī)模發(fā)展和實施固態(tài)電池的方法。當前，在實驗室環(huán)境中設計、開發(fā)和制造SSB電解質(zhì)預估平均需要10年以上，減少組件的尺寸可能還需要5到10年的時間。這些時間都非常長，因此迫切需要更快的處理技術。

「在我們目前的研究中，我們探索并給出了陶瓷化合物及其化學成分的快速篩選和快速自動化處理的方法，以更快地測試性能并得到最佳制造路線。這并不像人們想象的那么簡單，因為傳統(tǒng)固態(tài)電池加工路線對于快速篩選和運行自動循環(huán)具有一定的復雜性。」

責任編輯：lq6