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)競爭，后者為目前市場上的各種電子設(shè)備提供動力。與傳統(tǒng)的鋰離子電池不同，固態(tài)電池有一個固體的"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)計可以使用鋰作為陽極。

在固態(tài)電池實現(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)其單個組件，并開發(fā)有前景的電池單元設(shè)計。麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員撰寫了一篇評論文章，總結(jié)了該領(lǐng)域的最新進展，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。

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)測所概述的75%的生產(chǎn)成本被大大高估了，因為它們是基于高溫經(jīng)典燒結(jié)技術(shù)的固體電解質(zhì)加工。進行這項研究的研究人員之一MoranBalaish解釋道："因此，一些預(yù)測認為，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(jīng)典的Arrhenius傳輸Li+圖和電化學(xué)穩(wěn)定性窗口進行報告和反思，而且對新的'熱加工預(yù)算'進行反思。"

在他們的論文中，Rupp和她的同事們強調(diào)，現(xiàn)在有足夠的機會在低溫下制造陶瓷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-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)策略可能會影響氧化型鋰基固態(tài)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(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)基于實驗室的研究都選擇制造燒結(jié)顆粒作為測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)具有薄而堅固的電解質(zhì)的SSB的現(xiàn)實和競爭設(shè)計。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(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論論文最終傳達了一個相當(dāng)簡單的信息。更具體地說，它強調(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)型對于改善SSB的結(jié)構(gòu)和降低其成本都很有價值，同時也為在更大范圍內(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)計具有薄而堅固的電解質(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。

雖然有幾項研究強調(diào)了SSBs的潛力，其組件厚度只有幾微米，但到目前為止，很少有團隊提出了大規(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)。

我們在論文中提出的一些問題是：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(zhì)的方案。"。

在未來的研究中，研究人員計劃關(guān)注SSB開發(fā)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(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，而且遠比基于經(jīng)典粉末到顆?；蚰z帶路線的工藝更耗時的替代方案，因為有一個巨大的參數(shù)領(lǐng)域和最佳的致密化協(xié)議，同時保持固體化學(xué)成分的化學(xué)計量學(xué)并不那么簡單，然而，如果挑戰(zhàn)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(guī)模開發(fā)和實施。目前，在實驗室環(huán)境下設(shè)計、開發(fā)和制造SSB電解質(zhì)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(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(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，對于快速篩選和運行自動化循環(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)和自動化的尋求最佳的加工條件，為未來的固態(tài)電池設(shè)計制造組件和電池。"