當(dāng)今市場(chǎng)大多采用鋰離子電池（LIB）為各種電子設(shè)備提供動(dòng)力，而固態(tài)電池（SSB）作為一種高能量密度的電池技術(shù)，具有「陶瓷」固態(tài)電解質(zhì)，可將電池內(nèi)部的陽(yáng)極和陰極分隔開(kāi)（部分固態(tài)電池使用鋰作為陽(yáng)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(lái)生產(chǎn)其單個(gè)組件并開(kāi)發(fā)新的電池設(shè)計(jì)。麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員寫(xiě)了一篇綜述性論文，總結(jié)了該領(lǐng)域的最新進(jìn)展，概述了可用于未來(lái)固態(tài)電池設(shè)計(jì)中的電解質(zhì)膜和陰極膜的處理策略。

「由于過(guò)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(yù)估的生產(chǎn)成本中有75％被高估了，因?yàn)樗鼈兪腔诟邷毓矡Y(jié)技術(shù)進(jìn)行固體電解質(zhì)處理的，」Moran Balaish說(shuō)道「因此，一些預(yù)測(cè)得出結(jié)論，基于氧化物固體電解質(zhì)的SSB幾乎無(wú)法與LIB競(jìng)爭(zhēng)。」

這篇綜述文章傳達(dá)了一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的信息，即過(guò)渡到固態(tài)電池的新方式。這種過(guò)渡方式對(duì)于改善固態(tài)電池結(jié)構(gòu)并降低其成本是非常有價(jià)值的，同時(shí)為在更大范圍內(nèi)整合非鈷陰極開(kāi)辟新的可能性。

圖示：基于金屬鋰的SSB的成本和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

盡管有幾項(xiàng)研究強(qiáng)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(tuán)隊(duì)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(guò)去幾年收集的研究證據(jù)提出了自己的假設(shè)，并且提出了最終可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法。

「我們?cè)谡撐闹刑岢龅囊恍﹩?wèn)題是：哪種方法適合開(kāi)發(fā)這些組件，這些方法將如何影響熱處理預(yù)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(lì)其他團(tuán)隊(duì)探索替代制造薄而結(jié)實(shí)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(qiáng)調(diào)，現(xiàn)在有足夠的機(jī)會(huì)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(rèn)為，通過(guò)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(shè)計(jì)和制造SSB氧化物基電池時(shí)避免高溫共燒結(jié)，則可以使用較少的鈷來(lái)生產(chǎn)陰極材料。」

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

「迄今為止，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室的學(xué)術(shù)研究都選擇制造燒結(jié)顆粒作為測(cè)試和組裝的方法，只有少數(shù)幾家研究替代性的設(shè)計(jì)。但問(wèn)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(shí)都是不穩(wěn)定的，燒結(jié)成顆粒會(huì)過(guò)于限制鈷在陰極的集成，導(dǎo)致不理想的形狀和高昂的工藝成本。」在未來(lái)的研究中，研究人員計(jì)劃將重點(diǎn)放在SSB開(kāi)發(fā)的兩個(gè)主要方面。首先，他們概述了各種其他無(wú)需依靠共燒結(jié)過(guò)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(shí)，因?yàn)榇嬖诰薮蟮膮?shù)范圍，同時(shí)保持化學(xué)計(jì)量并不那么簡(jiǎn)單。但是，如果解決了這些挑戰(zhàn)，可能會(huì)產(chǎn)生有價(jià)值的替代制造方式，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這將為整合更多減少鈷含量的陰極材料打開(kāi)大門(mén)。」

正計(jì)劃進(jìn)行新的研究，以探索加速大規(guī)模發(fā)展和實(shí)施固態(tài)電池的方法。當(dāng)前，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和制造SSB電解質(zhì)預(yù)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(shí)間。這些時(shí)間都非常長(zhǎng)，因此迫切需要更快的處理技術(shù)。

「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(xué)成分的快速篩選和快速自動(dòng)化處理的方法，以更快地測(cè)試性能并得到最佳制造路線(xiàn)。這并不像人們想象的那么簡(jiǎn)單，因?yàn)閭鹘y(tǒng)固態(tài)電池加工路線(xiàn)對(duì)于快速篩選和運(yùn)行自動(dòng)循環(huán)具有一定的復(fù)雜性。」

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