换个方式可使固态电池生产成本降低75%

当今市场大多采用锂离子电池（LIB）为各种电子设备提供动力，而固态电池（SSB）作为一种高能量密度的电池技术，具有「陶瓷」固态电解质，可将电池内部的阳极和阴极分隔开（部分固态电池使用锂作为阳极）。

在将固态电池大规模商业化之前，研究人员必须选择具有成本效益的策略来生产其单个组件并开发新的电池设计。麻省理工学院（MIT）的研究人员写了一篇综述性论文，总结了该领域的最新进展，概述了可用于未来固态电池设计中的电解质膜和阴极膜的处理策略。

「由于过去的大多数研究都集中在粒状固体电解质上，因此目前SSB预估的生产成本中有75％被高估了，因为它们是基于高温共烧结技术进行固体电解质处理的，」Moran Balaish说道「因此，一些预测得出结论，基于氧化物固体电解质的SSB几乎无法与LIB竞争。」

这篇综述文章传达了一个相当简单的信息，即过渡到固态电池的新方式。这种过渡方式对于改善固态电池结构并降低其成本是非常有价值的，同时为在更大范围内整合非钴阴极开辟新的可能性。

图示：基于金属锂的SSB的成本和设计注意事项。

尽管有几项研究强调了只有几微米厚的固态电池的潜力，但到目前为止，很少有团队能够提出大规模生产这些组件的有效策略。Rupp基于他们过去几年收集的研究证据提出了自己的假设，并且提出了最终可以实现这一目标的方法。

「我们在论文中提出的一些问题是：哪种方法适合开发这些组件，这些方法将如何影响热处理预算以降低成本，并提供避免阴极/电解质共烧结的选择。目的是激励其他团队探索替代制造薄而结实的固态电池以及用于SSB的电解质的选择。」

「我们提供了影响电池组装的低温制造选择。」Rupp在论文中强调，现在有足够的机会在1-20微米的所需尺寸范围内在低温下制造陶瓷SSB电解质膜。

此外，他们认为，通过避免使用昂贵的阴极和电解质共烧结策略，现有策略可以降低SSB的生产成本。「例如，如果在设计和制造SSB氧化物基电池时避免高温共烧结，则可以使用较少的钴来生产阴极材料。」

还讨论了替代共烧结策略可能会影响基于氧化物的锂基固态电池的竞争力，可以为电动汽车或便携式电子产品中的低温固态电池的进一步研究铺平道路。

「迄今为止，大多数实验室的学术研究都选择制造烧结颗粒作为测试和组装的方法，只有少数几家研究替代性的设计。但问题是，由于阴极中的很多材料在高温下与电解质共烧结时都是不稳定的，烧结成颗粒会过于限制钴在阴极的集成，导致不理想的形状和高昂的工艺成本。」在未来的研究中，研究人员计划将重点放在SSB开发的两个主要方面。首先，他们概述了各种其他无需依靠共烧结过程、可用于处理SSB的阴极和电解质的策略。

「与传统的『从粉末到颗粒或带状』的制造方法相比，新方法具有很多挑战、更加耗时，因为存在巨大的参数范围，同时保持化学计量并不那么简单。但是，如果解决了这些挑战，可能会产生有价值的替代制造方式，从长远来看，这将为整合更多减少钴含量的阴极材料打开大门。」

正计划进行新的研究，以探索加速大规模发展和实施固态电池的方法。当前，在实验室环境中设计、开发和制造SSB电解质预估平均需要10年以上，减少组件的尺寸可能还需要5到10年的时间。这些时间都非常长，因此迫切需要更快的处理技术。

「在我们目前的研究中，我们探索并给出了陶瓷化合物及其化学成分的快速筛选和快速自动化处理的方法，以更快地测试性能并得到最佳制造路线。这并不像人们想象的那么简单，因为传统固态电池加工路线对于快速筛选和运行自动循环具有一定的复杂性。」

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