換個方式可使固態(tài)電池生產(chǎn)成本降低75%

當(dāng)今市場大多采用鋰離子電池（LIB）為各種電子設(shè)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(shù)，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(shè)計。麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員寫了一篇綜述性論文，總結(jié)了該領(lǐng)域的最新進展，概述了可用于未來固態(tài)電池設(shè)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(yù)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(shù)進行固體電解質(zhì)處理的，」Moran Balaish說道「因此，一些預(yù)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(dāng)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(shè)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(shè)，并且提出了最終可以實現(xiàn)這一目標(biāo)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(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?！?/p>

「我們提供了影響電池組裝的低溫制造選擇?！筊upp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(rèn)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?！咐?，如果在設(shè)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?！?/p>

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(xué)術(shù)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(shè)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(dǎo)致不理想的形狀和高昂的工藝成本?！乖谖磥淼难芯恐校芯咳藛T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(xué)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?！?/p>

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(dāng)前，在實驗室環(huán)境中設(shè)計、開發(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年的時間。這些時間都非常長，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(fù)雜性?！?/p>

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