鉅大LARGE | 點擊量：538次 | 2023年11月06日
固態電池成為最有望替代鋰電池的技術 MIT總結了固態電池技術最新進展
固態電池(SSBs)是一種新興的電池技術，具有高能量密度，可與鋰離子電池(LIBs)競爭，后者為目前市場上的各種電子設備提供動力。與傳統的鋰離子電池不同，固態電池有一個固體的陶瓷電解質，將電池內的陽極和陰極分開。在某些電池中，這種設計可以使用鋰作為陽極。
在固態電池實現商業化和大規模應用之前，研究人員必須確定具有成本效益的策略來生產其單個組件，并開發有前景的電池單元設計。麻省理工學院(MIT)的研究人員撰寫了一篇評論文章，總結了該領域的最新進展，概述了加工固體電解質和電解質/陰極串聯的策略，這些策略可用于未來的SSB設計。
由于過去的大多數研究都集中在顆粒型固體電解質上，目前SSB的成本預測所概述的75%的生產成本被大大高估了，因為它們是基于高溫經典燒結技術的固體電解質加工。進行這項研究的研究人員之一MoranBalaish解釋道：因此，一些預測認為，如果成本是決定性因素，基于氧化物固體電解質的SSB成本很高，幾乎無法與LIB競爭。我們提供了影響電池組裝的低溫制造方案，建議研究人員不僅對經典的Arrhenius傳輸Li+圖和電化學穩定性窗口進行報告和反思，而且對新的'熱加工預算'進行反思。
在他們的論文中，Rupp和她的同事們強調，現在有足夠的機會在低溫下制造陶瓷SSB電解質薄膜，尺寸范圍為1-20um。此外，他們還提出，現有的策略可以通過避免生產陰極和電解質的昂貴的共燒策略來降低SSB生產成本。
例如，如果在SSB氧化物電池的設計和制造中避免高溫共燒結，就可以使用更少的鈷來生產陰極材料，這有助于避免未來的地緣-社會-政治資源沖突，Rupp解釋說。
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在未來，Rupp和她的同事所討論的替代性共燒結策略可能會影響氧化型鋰基固態電池的競爭力。此外，他們還可以為進一步專注于電動汽車或便攜式電子產品的低溫固體電池的研究鋪平道路。
到目前為止，學術界大多數基于實驗室的研究都選擇制造燒結顆粒作為測試材料和組裝電池的方式，只有少數小組在研究替代方案，例如開發磁帶和薄膜，以適應具有薄而堅固的電解質的SSB的現實和競爭設計。這有許多與該領域如何發展相關的歷史原因，然而，它的不利之處在于，燒結成顆粒太強烈地限制了所述鈷還原陰極的集成，其外形尺寸不理想，工藝成本高，因為更多的這些陰極材料在與電解質組分的高溫共燒中只是(通過相圖)不穩定。
Rupp和她的同事撰寫的評論論文最終傳達了一個相當簡單的信息。更具體地說，它強調了過渡到合成SSB電解質的好處，使其尺寸與LIBs中經典聚合物分離器的尺寸相似。根據研究人員的說法，這樣的轉型對于改善SSB的結構和降低其成本都很有價值，同時也為在更大范圍內集成非鈷制的陰極提供了新的可能性。
令我們感到驚訝的是，即使有技術需求的SSB設計具有薄而堅固的電解質，但在該領域仍然缺乏顯示大多數Arrhenius圖和電化學窗口基于毫米大小的燒結顆粒的數據，JuanCarlosGonzalez-Rosillo是第一作者之一。
雖然有幾項研究強調了SSBs的潛力，其組件厚度只有幾微米，但到目前為止，很少有團隊提出了大規模生產這些組件的有效策略。在他們的論文中，Rupp和她的同事提出了最終可以實現這一目標的方法，他們的假設基于過去幾年收集的研究證據。
我們在論文中提出的一些問題是：什么方法適合開發這些組件，重要的是，這些方法將如何影響熱加工預算以降低成本，并為陰極/電解質組件提供避免共燒結的選擇？Rupp補充道：我們的回顧是一種謙虛的努力，以激勵其他團隊探索替代制造薄型和堅固的SSB以及SSB的電解質的方案。。
在未來的研究中，研究人員計劃關注SSB開發的兩個主要方面。首先，他們希望勾勒出其他各種策略，這些策略可以用來加工SSB的陰極和電解質，而不依賴于共燒結工藝。
Rupp解釋說：這些都是具有挑戰性的，而且遠比基于經典粉末到顆粒或膠帶路線的工藝更耗時的替代方案，因為有一個巨大的參數領域和最佳的致密化協議，同時保持固體化學成分的化學計量學并不那么簡單，然而，如果挑戰得到解決，這些可以提供有價值的替代制造方式，這是朝向長期整合更多鈷還原陰極材料的開門紅。
Rupp和她的同事們還計劃開展新的研究，探索如何加快SSB的大規模開發和實施。目前，在實驗室環境下設計、開發和制造SSB電解質估計平均需要10年以上。減少這些組件的尺寸因素可能需要額外的5-10年。這些時間過長，凸顯了對更快加工技術的需求。
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加工的觀點，以測試性能并更快地迭代最佳制造路線，這并不像人們想象的那樣簡單，因為學術界傳統的固態電池加工路線通過粉末或燒結化合物，對于快速篩選和運行自動化循環有一定的復雜性。我們希望通過具體的例子和分析來支持我們的工作，這些潛在的方法更適合做快速循環和自動化的尋求最佳的加工條件，為未來的固態電池設計制造組件和電池。
