固態(tài)電池(SSBs)是一種新興的電池技術(shù)，具有高能量密度，可與鋰離子電池(LIBs)競(jìng)爭(zhēng)，后者為目前市場(chǎng)上的各種電子設(shè)備提供動(dòng)力。與傳統(tǒng)的鋰離子電池不同，固態(tài)電池有一個(gè)固體的陶瓷電解質(zhì)，將電池內(nèi)的陽極和陰極分開。在某些電池中，這種設(shè)計(jì)可以使用鋰作為陽極。

在固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化和大規(guī)模應(yīng)用之前，研究人員必須確定具有成本效益的策略來生產(chǎn)其單個(gè)組件，并開發(fā)有前景的電池單元設(shè)計(jì)。麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員撰寫了一篇評(píng)論文章，總結(jié)了該領(lǐng)域的最新進(jìn)展，概述了加工固體電解質(zhì)和電解質(zhì)/陰極串聯(lián)的策略，這些策略可用于未來的SSB設(shè)計(jì)。

由于過去的大多數(shù)研究都集中在顆粒型固體電解質(zhì)上，目前SSB的成本預(yù)測(cè)所概述的75%的生產(chǎn)成本被大大高估了，因?yàn)樗鼈兪腔诟邷亟?jīng)典燒結(jié)技術(shù)的固體電解質(zhì)加工。進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一MoranBalaish解釋道：因此，一些預(yù)測(cè)認(rèn)為，如果成本是決定性因素，基于氧化物固體電解質(zhì)的SSB成本很高，幾乎無法與LIB競(jìng)爭(zhēng)。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(duì)經(jīng)典的Arrhenius傳輸Li+圖和電化學(xué)穩(wěn)定性窗口進(jìn)行報(bào)告和反思，而且對(duì)新的'熱加工預(yù)算'進(jìn)行反思。

在他們的論文中，Rupp和她的同事們強(qiáng)調(diào)，現(xiàn)在有足夠的機(jī)會(huì)在低溫下制造陶瓷SSB電解質(zhì)薄膜，尺寸范圍為1-20um。此外，他們還提出，現(xiàn)有的策略可以通過避免生產(chǎn)陰極和電解質(zhì)的昂貴的共燒策略來降低SSB生產(chǎn)成本。

例如，如果在SSB氧化物電池的設(shè)計(jì)和制造中避免高溫共燒結(jié)，就可以使用更少的鈷來生產(chǎn)陰極材料，這有助于避免未來的地緣-社會(huì)-政治資源沖突，Rupp解釋說。

在未來，Rupp和她的同事所討論的替代性共燒結(jié)策略可能會(huì)影響氧化型鋰基固態(tài)電池的競(jìng)爭(zhēng)力。此外，他們還可以為進(jìn)一步專注于電動(dòng)汽車或便攜式電子產(chǎn)品的低溫固體電池的研究鋪平道路。

到目前為止，學(xué)術(shù)界大多數(shù)基于實(shí)驗(yàn)室的研究都選擇制造燒結(jié)顆粒作為測(cè)試材料和組裝電池的方式，只有少數(shù)小組在研究替代方案，例如開發(fā)磁帶和薄膜，以適應(yīng)具有薄而堅(jiān)固的電解質(zhì)的SSB的現(xiàn)實(shí)和競(jìng)爭(zhēng)設(shè)計(jì)。這有許多與該領(lǐng)域如何發(fā)展相關(guān)的歷史原因，然而，它的不利之處在于，燒結(jié)成顆粒太強(qiáng)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?yàn)楦嗟倪@些陰極材料在與電解質(zhì)組分的高溫共燒中只是(通過相圖)不穩(wěn)定。

Rupp和她的同事撰寫的評(píng)論論文最終傳達(dá)了一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的信息。更具體地說，它強(qiáng)調(diào)了過渡到合成SSB電解質(zhì)的好處，使其尺寸與LIBs中經(jīng)典聚合物分離器的尺寸相似。根據(jù)研究人員的說法，這樣的轉(zhuǎn)型對(duì)于改善SSB的結(jié)構(gòu)和降低其成本都很有價(jià)值，同時(shí)也為在更大范圍內(nèi)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(shù)需求的SSB設(shè)計(jì)具有薄而堅(jiān)固的電解質(zhì)，但在該領(lǐng)域仍然缺乏顯示大多數(shù)Arrhenius圖和電化學(xué)窗口基于毫米大小的燒結(jié)顆粒的數(shù)據(jù)，JuanCarlosGonzalez-Rosillo是第一作者之一。

雖然有幾項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)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(tuán)隊(duì)提出了大規(guī)模生產(chǎn)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(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法，他們的假設(shè)基于過去幾年收集的研究證據(jù)。

我們?cè)谡撐闹刑岢龅囊恍﹩栴}是：什么方法適合開發(fā)這些組件，重要的是，這些方法將如何影響熱加工預(yù)算以降低成本，并為陰極/電解質(zhì)組件提供避免共燒結(jié)的選擇？Rupp補(bǔ)充道：我們的回顧是一種謙虛的努力，以激勵(lì)其他團(tuán)隊(duì)探索替代制造薄型和堅(jiān)固的SSB以及SSB的電解質(zhì)的方案。。

在未來的研究中，研究人員計(jì)劃關(guān)注SSB開發(fā)的兩個(gè)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(zhì)，而不依賴于共燒結(jié)工藝。

Rupp解釋說：這些都是具有挑戰(zhàn)性的，而且遠(yuǎn)比基于經(jīng)典粉末到顆粒或膠帶路線的工藝更耗時(shí)的替代方案，因?yàn)橛幸粋€(gè)巨大的參數(shù)領(lǐng)域和最佳的致密化協(xié)議，同時(shí)保持固體化學(xué)成分的化學(xué)計(jì)量學(xué)并不那么簡(jiǎn)單，然而，如果挑戰(zhàn)得到解決，這些可以提供有價(jià)值的替代制造方式，這是朝向長(zhǎng)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(jì)劃開展新的研究，探索如何加快SSB的大規(guī)模開發(fā)和實(shí)施。目前，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下設(shè)計(jì)、開發(fā)和制造SSB電解質(zhì)估計(jì)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(shí)間過長(zhǎng)，凸顯了對(duì)更快加工技術(shù)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(xué)成分的快速篩選和快速自動(dòng)化加工的觀點(diǎn)，以測(cè)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(jiǎn)單，因?yàn)閷W(xué)術(shù)界傳統(tǒng)的固態(tài)電池加工路線通過粉末或燒結(jié)化合物，對(duì)于快速篩選和運(yùn)行自動(dòng)化循環(huán)有一定的復(fù)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(huán)和自動(dòng)化的尋求最佳的加工條件，為未來的固態(tài)電池設(shè)計(jì)制造組件和電池。