Anóda pre celopevnú lítiovú batériu na báze sulfidu - Časť 2 Ostatné anódy

Nedávny pokrok v oblasti anódy pre plne pevné lítiové batérie na báze sulfidu

—— Časť 2 Ostatné anódy

autor:

JIA Linan, DU Yibo, GUO Bangjun, ZHANG Xi

1. School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200241, China

2. Shanghai Yili New Energy Technology Co., LTD. , Šanghaj 201306, Čína

Anóda z lítiovej zliatiny

Kvôli závažným medzifázovým vedľajším reakciám je ťažké krátkodobo priamo použiť čisté lítium v ​​sulfidových pevných elektrolytoch, takže materiály zliatiny lítia poskytujú atraktívnejšiu možnosť. V porovnaní s kovovými lítiovými anódami môžu anódy lítiovej zliatiny zlepšiť zmáčavosť rozhrania, inhibovať výskyt vedľajších reakcií rozhrania, zvýšiť chemickú a mechanickú stabilitu rozhrania pevného elektrolytu a vyhnúť sa skratom spôsobeným rastom dendritov lítia. Súčasne v porovnaní s tekutými lítium-iónovými batériami môžu zliatinové anódy vykazovať vyššiu hustotu energie a lepšiu stabilitu v polovodičových batériách. Avšak zliatinové záporné elektródy budú počas nabíjania a vybíjania podliehať väčším objemovým a štrukturálnym zmenám (ako je zliatina Li-Si, zliatina Li-Sn atď.), takže je potrebný ďalší výskum vývoja a aplikácie zliatinových materiálov. Medzi rôznymi zliatinami lítia je zliatina Li-In populárna v laboratórnom meradle vďaka svojej lepšej mechanickej ťažnosti a konštantnému redoxnému potenciálu (0,62 V oproti Li+/Li) v širokom stechiometrickom rozsahu. Zliatiny Li-In sa vo všeobecnosti považujú za termodynamicky a kineticky stabilné materiály pre sulfidové elektrolyty. Je široko používaný v laboratóriách na testovanie výkonu elektrolytov alebo katódových materiálov, pričom vykazuje dobrú stabilitu cyklu pri nízkom prúde a nízkom zaťažení. Redoxný potenciál a molekulová hmotnosť zliatiny Li-In sú však vysoké, čo výrazne znižuje výhodu hustoty energie pevných lítium-iónových batérií. Vo všeobecnosti sa štúdie domnievajú, že v zliatinách Li-In nedochádza k rastu dendritov lítia. Avšak Luo a spol. vykonali testy nabíjania a vybíjania na polovodičovej batérii Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 pri vysokej prúdovej hustote (3,8 mA·cm-2) a vysokom zaťažení (4 mA·h·cm{{23} }). Zistilo sa, že batéria má skrat po približne 900 cykloch. Batéria si udržala stabilnú kapacitu cyklu a takmer 100% coulombickú účinnosť počas cyklov nabitia a vybitia až do 890 cyklov, ale kapacita začala rýchlo klesať po 891 cykloch a klesla takmer na 0 v 897. cykle. Príslušná krivka nabíjacieho a vybíjacieho napätia batérie od 891. do 897. cyklu, v ktorom sa kapacita nabíjania postupne zvyšuje, pričom zodpovedajúca kapacita vybíjania klesá. V 897. cykle sa batéria naďalej nabíja a kapacita sa naďalej zvyšuje, sprevádzaná nižšou rýchlosťou nárastu napätia, čo naznačuje výskyt vnútorného skratu a poruchy batérie. Mechanizmus rastu Li-In dendritov bol odhalený prostredníctvom SEM, XPS a ďalších charakterizácií a simulácie AIMD. Označuje, že pri vysokom prúde a vysokom zaťažení. Metallic In je termodynamicky a kineticky nestabilný voči sulfidovým elektrolytom. Zmeny objemu a mierne medzifázové reakcie vyvolávajú rast Li-In dendritov, čo v konečnom dôsledku vedie k zlyhaniu batérie počas dlhých cyklov. Na rozdiel od vertikálneho rastu lítnych dendritov je spôsob rastu Li-In dendritov laterálny rast pozdĺž pórov a hraníc zŕn. Rýchlosť rastu je pomalá a spôsobuje malé poškodenie štruktúry sulfidového elektrolytu (obrázok 6). Preto je možné potlačiť rast Li-In dendritu zlepšením elektrochemickej stability kovovej elektródy/pevného elektrolytu a znížením pórovitosti elektrolytu.

Obr. 6 Vývoj rozhrania pred a po cyklovaní pre článok Li-In|LPSCl|LNO@NCM622

Al má výhody vysokej ťažnosti, vysokých rezerv a vysokej elektronickej vodivosti. Má vysokú teoretickú špecifickú kapacitu (990 mA·h·g-1) a malú mieru objemovej expanzie (96 %) medzi materiálmi zliatiny lítia. Je to jeden z najsľubnejších anódových materiálov pre lítiové batérie v tuhom stave. Ako je znázornené na obrázku 7(a), Pan a kol. pripravila zápornú elektródu zo zliatiny Li-Al bez spojiva a vodivého činidla (Li0.8Al, špecifická kapacita 793 mA·h·g-1, 0,35 V oproti Li+/Li). Má dobrú kompatibilitu s LGPS elektrolytom. Je to spôsobené tým, že pracovný potenciál pripravenej anódy zo zliatiny Li-Al je v rámci aktuálneho okna elektrochemickej stability LGPS [obr. 7(b)]. Zmontovaná polovodičová batéria, ktorá zabránila redukcii a rozkladu elektrolytu, vykazovala vynikajúcu reverzibilitu s mierou zachovania kapacity až 93,29 % v 200 cykloch. Za podmienok pomeru N/P 1,25 dosiahla hustota energie batérie 541 W·h·kg-1, čo dokazuje, že zliatina Li-Al má vynikajúce vyhliadky na použitie.

Obr.7 Schémy anódy zliatiny Li-Al v ASSLB

Sakuma a kol. študovali zhodu zliatiny Li-Sn, zliatiny Li-Si a elektrolytu Li4-x Ge1-x P x S4 a pozorovali menší odpor rozhrania a vyšší redoxný potenciál. Hashimoto a kol. použili vysokoenergetické guľové frézovanie na prípravu série Li4,4Ge x Si1-x (x=0~1.0). Medzi nimi Li4.4Ge0.67Si0.33 vykazuje najväčšiu špecifickú kapacitu (190 mA·h·g-1) a má dobrú reverzibilitu nabíjania a vybíjania. Park a kol. použil mechanické guľové mletie na zmiešanie a mletie lítiového prášku a kremíkového prášku na prípravu zliatiny Li4.4Si, kladnej elektródy Li4Ti5O12 a elektrolytu Li2S-P2S5 na zostavenie lítiovej batérie v tuhom stave. Štúdia zistila, že výkon batérie sa výrazne zlepšil po sekundárnom guľovom mletí zliatiny Li-Si, to znamená, že zmenšenie veľkosti častíc zliatiny lítium-Si viedlo k rovnomernému ukladaniu a odlupovaniu lítia počas proces nabíjania a vybíjania.

Filmy z lítiovej zliatiny možno použiť aj ako prostriedok na stabilizáciu rozhrania zápornej elektródy. Choi a kol. použili jednoduchú metódu valcovania na spojenie Ag s hrúbkou 10 μm a Li s hrúbkou 150 μm a potom vonkajším tlakom na získanie filmu zliatiny Li-Ag. Vysoký obsah Ag ľahko vytvára stabilné rozhranie so sulfidovým elektrolytom a inhibuje rast lítnych dendritov. Okrem toho zostávajúce malé množstvo Ag, ktoré netvorí zliatinu Li-Ag, sa zúčastňuje reakcie tuhého roztoku s Li, čo zmierňuje nerovnomerný rast lítia. Zostavená polovodičová batéria vykazovala zachovanie kapacity 94,3 % počas 140 cyklov a mohla tiež stabilne cyklovať pri vysokej rýchlosti 12 C. Výskum Kato et al. zistili, že vloženie Au filmu na rozhranie elektrolytu Li/Li3PS4 môže zabrániť tvorbe dutín po počiatočnom rozpustení lítia a zvýšiť miesta ukladania Li, čo pomáha zlepšiť reverzibilitu batérie. Okrem toho, rozpustenie Au filmu na kovové lítium môže byť dôvodom na zlepšenie elektrochemického výkonu rozhrania zápornej elektródy. Li-symetrické články s Au filmom vloženým do rozhrania Li/Li3PS4 môžu stabilne pracovať pri vysokej prúdovej hustote (1,3 mA·cm-2) a veľkoplošnej kapacite (6,5 mA·h·cm-2 ) bez skratu. Zostavená polovodičová batéria Li/Au/Li3PS4/LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 má viac ako 200-násobnú životnosť pri vysokej prúdovej hustote 2,4 mA·cm-2.

Silikónová anóda

Si je považovaný za jeden z najsľubnejších anódových materiálov vďaka svojej ultra vysokej teoretickej špecifickej kapacite (4200 mA·h·g-1), vysokým rezervám, nízkym nákladom, šetrnosti k životnému prostrediu, netoxicita a nízky prevádzkový potenciál 0,4 V. Výskum aplikácie Si anód v tekutých lítium-iónových batériách sa vyvíja už viac ako tridsať rokov a je stále veľmi populárny. Nedávno, keď polovodičové lítiové batérie vstúpili do oblasti energetického výskumu, začali sa práce na premene dobre vyvinutej kremíkovej technológie z tekutých lítium-iónových batériových systémov na polovodičové batériové systémy. Avšak v porovnaní s výskumom vývoja vysokokapacitných kremíkových anód pre tekuté lítium-iónové batérie, hoci existuje len málo správ o aplikácii kremíkových anód na báze sulfidových plnotuhých batérií, preukázané výsledky sú stále dosť dôležité. Si anóda má však nízku elektronickú vodivosť (1,56×10-3 S·m-1), nízky koeficient difúzie lítnych iónov (10-14-10-13 cm2·S-1) a veľkú objemová expanzia (Li4. 4Si je asi 360 %) a ďalšie nevýhody, ktoré obmedzujú rozsah jeho použitia. Dôvod, prečo Si záporná elektróda v batérii zlyhá, je vo všeobecnosti spôsobená veľkou objemovou expanziou Si počas procesu litiácie/delitiácie, čo spôsobuje práškovanie, praskanie a obrovské napätie a spôsobuje rad vážnych deštruktívnych následkov. Napríklad: (1) Zhoršenie štrukturálnej integrity elektródy v dôsledku opakovaného drvenia počas vybíjania/nabíjania. (2) Odpojenie medzi elektródou a zberačom prúdu spôsobené medzifázovým napätím. (3) Lítiové ióny sa nepretržite spotrebúvajú počas nepretržitého procesu tvorby-deštrukcie-reformácie vrstvy SEI.

V súčasnosti bežne používané metódy optimalizácie kremíkových anód pre polovodičové lítiové batérie zahŕňajú kontrolu veľkosti (nano-kremík), štrukturálny dizajn, tenkovrstvové anódy, legovanie, tlakovú aplikáciu, kompozitné anódy s pokročilými spojivami/vodivými materiálmi (ako je Si -C anódy) atď. Sakabe a kol. použil magnetrónové naprašovanie na prípravu neporéznych a poréznych amorfných kremíkových anód a spojil ich s elektrolytom 80Li2S·20P2S5 na vykonanie testov spôsobilosti cyklu. Po 100 cykloch vykazoval 3,00 μm hrubý neporézny amorfný kremíkový film len asi 47 % kapacity v porovnaní s 10. cyklom. 4,73 µm porézny amorfný kremíkový film vykazuje litiačnú kapacitu až 3000 mA·h·g-1. Po 100 cykloch miera zachovania kapacity v porovnaní s 10. cyklom presahuje 93 %. Ukazuje, že porézna štruktúra môže účinne zlepšiť stabilitu cyklu batérie. Okuno a kol. aplikoval poréznu kremíkovú kompozitnú anódu na úplne polovodičovú batériu s elektrolytom Li3PS4 a ukázal vysokú mieru zachovania kapacity viac ako 90 % v 100 cykloch. Je to preto, že póry v časticiach kremíka riešia obrovské objemové zmeny počas litiácie a delitiácie, čím zlepšujú stabilitu cyklu. Na rozdiel od toho je stabilita cyklu komerčných neporéznych kremíkových anód slabá a miera zachovania kapacity v 100 cykloch je len 20 % alebo dokonca nižšia. Poetke a spol. uviedli, že kompozitné nanomateriály kremíka a uhlíka sa použili ako záporné elektródy pre lítium-iónové batérie v tuhom stave a úspešne sa použili na plné batérie Si-C|Li6PS5Cl|NCM. Nanoštruktúrovaný Si-C kompozit použitý v štúdii poskytuje medzeru medzi kremíkovými nanočasticami (SiNP) a vonkajším uhlíkovým plášťom. Uhlíkový obal môže účinne kompenzovať zmeny objemu kremíka, čím sa zlepšuje elektrochemický výkon v porovnaní s holými SiNP.

V posledných rokoch akademická obec opakovane dosiahla prelomové úspechy vo výskume čistých kremíkových anód. V 2020 Cangaz a spol. ohlásili stĺpcovú kremíkovú anódu pripravenú PVD procesom a kombinovanú s Li6PS5Cl elektrolytom a LiNi0.9Co{{90}}.05Mn0,05O2 katódu na prípravu polovodičová batéria s vysokou špecifickou kapacitou (210 mAh·h·g-1). Stĺpcová kremíková anóda bola stabilne cyklovaná viac ako 100-krát pri vysokom zaťažení 3,5 mA·h·cm-2 s coulombickou účinnosťou až 99,7 %~99,9 %. Počas cyklu vykazuje stĺpcová kremíková štruktúra jednorozmerný dýchací efekt podobný lítiovej anóde vo vertikálnom smere. Toto jednorozmerné dýchanie môže byť kompenzované vnútornou pórovitosťou stĺpcovej kremíkovej štruktúry a vonkajším tlakom zásobníka, čím sa vytvorí stabilný dvojrozmerný SEI. Súčasne komínový tlak (20 MPa) potláča aj delamináciu stĺpcového kremíka a zberača prúdu. V porovnaní s kovovými lítiovými anódami táto stĺpcová kremíková anóda eliminuje riziko lítiových dendritov, skratov a mŕtvej straty lítia. V roku 2021 Tan a spol. ohlásili 99,9,9 % (hmotnosť) komerčnú mikronovú čistotu kremíkovú Si (μ-Si) anódu. Kontaktná plocha rozhrania medzi zápornou elektródou a elektrolytom Li6PS5Cl je dvojrozmerná, aj keď dochádza k expanzii objemu počas nabíjania a vybíjania. Dvojrozmerná rovina je však stále zachovaná a nevytvára sa žiadne nové rozhranie. Zliatina Li-Si tvorená lítiovou zápornou elektródou μ-Si má jedinečné chemické a mechanické vlastnosti, ktoré zväčšujú kontaktnú plochu medzi zápornou elektródou a elektrolytom [obrázok 8(a)]. Celopevná lítiová batéria zostavená z μ-Si, elektrolytu Li6PS5Cl a NCM811 môže stabilne fungovať pri vysokej hustote povrchového prúdu (5 mA·cm-2) a širokom rozsahu teplôt (-20~ 80 stupňov). Má mieru zachovania kapacity 80 % po 500 stabilných cykloch a priemernú coulombickú účinnosť 99,95 % [obrázok 8(b)], čo je doteraz najlepší výkon mikrokremíkových polovodičových batérií. Stojí za zmienku, že anóda μ-Si prechádza cyklom vysokej prúdovej hustoty bez vodivých uhlíkových materiálov, čím sa účinne potláča rozklad sulfidového elektrolytu. Poskytuje nové nápady na nepriaznivé účinky uhlíka v Si-C kompozitných elektródach v konvenčnom myslení. V roku 2022 Cao a spol. pripravila kompozitnú negatívnu elektródu zloženú z nano-kremíkových (nm-Si) častíc, vodivého uhlíka a Li6PS5Cl pomocou guľového mletia. Kompozitná negatívna elektróda má vo vnútri dobrú elektronickú a iónovú vodivosť, ktorá môže účinne znížiť lokálnu hustotu prúdu a inhibovať tvorbu lítiových dendritov na povrchu negatívnej elektródy. Je kombinovaný s monokryštálovým katódovým materiálom NMC811 potiahnutým metódou sól-gél. Použitím filmu Li6PS5Cl s hrúbkou 47 μm ako elektrolytu sa získala lítiová batéria v tuhom stave s hustotou energie až 285 W·h·kg-1. Plná batéria dosiahla vysokú kapacitu 145 mAh·h·g-1 pri C/3 pre 1000 stabilných cyklov. Kompozitná silikónová anóda ukazuje perspektívu výroby vo veľkom meradle, výrazne znižuje náklady a poskytuje smer pre komercializáciu pevných lítiových batérií. Na rozdiel od koncepcie konštrukcie zápornej elektródy Tan, táto kompozitná záporná elektróda nielenže pridáva elektrolyt, ale pridáva aj uhlíkové vodivé činidlo. Dôvodom je, že v porovnaní s μ-Si má nm-Si väčší povrch, v kremíkovej anóde je viac hraníc a na povrchu nm-Si je zvyčajne vrstva SiO. Preto je elektrická vodivosť vo všeobecnosti o 3 rády nižšia ako u μ-Si, čo bráni vedeniu elektrónov počas nabíjania a vybíjania. Experimenty ukazujú, že počas procesu odstraňovania lítia z tejto nm-Si anódy sa elektrolyt len ​​mierne rozkladá a nevznikajú žiadne dendrity lítia. Na základe vyššie uvedeného systému Cao a kol. navrhol architektúru batérie s bipolárnym dizajnom stohu. Jednotlivé články sú zapojené do série cez zberač prúdu, aby sa znížilo použitie neaktívnych materiálov, čím sa dosiahla vyššia hustota energie. Presnejšie povedané, dvojvrstvová naskladaná pevná lítiová batéria vyrobená z monokryštálov LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2, Li6PS5Cl a nm-Si stabilných na rozhraní slúži ako kladná elektróda, elektrolyt a záporná elektróda. vysoké napätie 8,2 V. Hustota energie na úrovni batérie je 204 W·h·kg{104}}, čo je viac ako 189 W·h·kg{106}} jednej batérie. Tento bipolárny skladaný dizajn má dobrý referenčný význam pre celé pole polovodičových batérií.

Obr.8 Charakterizácia rozhrania a cyklický výkon medzi µ-Si anódou a Li6PS5Cl v ASSLB

Tabuľka 1 sumarizuje riešenia rozhrania sulfidový pevný elektrolyt/anóda a zodpovedajúce výhody a nevýhody.

Tabuľka 1 Riešenie stratégií medzifázových problémov medzi anódami a elektrolytmi v tuhom stave na báze sulfidov

Ďalšie anódy

Strieborná uhlíková záporná elektróda

Lee a spol. ohlásili dizajn úplne pevnej batérie s použitím medzivrstvy striebro-uhlík (Ag/C) [obrázok 9(a)]. Tento dizajn medzivrstvy účinne reguluje proces ukladania lítia a medzi vrstvou Ag / C a kolektorom prúdu sú pozorované vysoko reverzibilné javy ukladania a stripovania lítia. Medzi nimi sa C používa na oddelenie elektrolytu Li6PS5Cl od usadeného kovového lítia, čo nielenže zabraňuje redukcii elektrolytu, ale tiež zabraňuje tvorbe dendritov lítia. Ag môže znížiť nukleačnú energiu kovového lítia za vzniku zliatiny Ag-Li. Časť Ag sa pohybuje na povrch kolektora prúdu a vytvára pevný roztok s kovovým lítiom, čo podporuje rovnomerné ukladanie lítia. Po vybití sa vrstva kovového lítia úplne rozpustí, zatiaľ čo Ag zostáva medzi zberačom prúdu a vrstvou Ag-C. Tento dizajn dokáže prispôsobiť objemovú zmenu kovového lítia počas cyklovania, znížiť lokálnu prúdovú hustotu lítiovej anódy a zlepšiť stabilitu cyklu. Ako je znázornené na obrázku 9(b), zostavená vrecková batéria (0,6 A·h) vykazuje vysokú hustotu energie (väčšiu ako 900 W·h·L-1) pri 60 stupňoch. Stabilná Coulombická účinnosť presahujúca 99,8 %. Dlhá životnosť cyklu (1000 cyklov). Poskytuje nové nápady pre komerčnú aplikáciu plne pevných lítiových batérií.

Obr. 9 Štruktúra a cyklický výkon pre ASSLB na báze sulfidov s použitím Ag-C anódy

Grafit

Medzi rôznymi interkalovanými anódovými materiálmi pre lítium-iónové batérie je grafit komerčne najúspešnejším materiálom vďaka svojej nízkej cene, veľkým rezervám a dlhej životnosti. Avšak v oblasti polovodičových batérií sa grafit nestal stredobodom výberu materiálu negatívnych elektród kvôli jeho obmedzenej teoretickej kapacite. V skorých správach sa grafit často používal ako anódový materiál pre novosyntetizované sulfidové tuhé elektrolyty. Neskorší výskum sa zameral na základný pracovný mechanizmus grafitu v sulfidových ASSLB, aby sa optimalizoval dizajn a výroba elektród. Grafit sa v nedávnom výskume často používa ako základ pre vysokoenergetické anódové materiály, ktoré poskytujú štrukturálnu integritu a elektrickú vodivosť. Avšak iné prúdové záporné elektródy, ako je lítium a kremík, majú stále problémy, ako je vysoká cena, veľká objemová expanzia a nestabilný cyklus. Preto môže grafit, ako materiál s nízkou cenou, veľkými rezervami, vysokým stupňom komercializácie a vysokou stabilitou, hrať dôležitú úlohu v procese vývoja celopevných batérií v počiatočných štádiách. Je potrebné neustále optimalizovať dostupnú kapacitu grafitu.

Predúprava kolektora prúdu

Bezanódové lítium-iónové batérie zostavujú zberač prúdu priamo s batériou bez pridania prebytočného lítia, pričom kovové lítium vzniká redukciou lítiových iónov na prúdovom zberači z plne lítovaného katódového pokovovania počas prvého nabíjacieho cyklu. Tento koncept bol dôkladne študovaný v oblasti lítium-iónových batérií a niektoré tímy rozšírili tento dizajn na polovodičové lítiové batérie. Gu a spol. naleptal povrch zberača prúdu z nehrdzavejúcej ocele (SSCC) v rôznej miere, porovnal ho s pevným elektrolytom Li5.5PS4.5Cl1.5 a viedol elektrostatické cyklovanie pomocou asymetrickej konfigurácie batérie (lítiová fólia|fólia z nehrdzavejúcej ocele). Experimentálne výsledky ukazujú, že rôzne drsnosti SSCC majú väčší vplyv na výkon batérie. Celopevné batérie zostavené s SSCC s drsnosťou 180 nm majú lepší výkon elektrochemického cyklu ako batérie s drsnosťou iba 20 nm. Je to spôsobené drsným povrchom, ktorý zvyšuje kontaktné body medzi elektrolytom a zberačom prúdu, poskytuje viacero reakčných bodov a umožňuje rovnomerné ukladanie lítia na rozhraní. Keď však drsnosť povrchu presiahne 500 nm, vysoko zdrsnený povrch spôsobí, že ióny lítia sotva dosiahnu obmedzené kontaktné body na leptanej spodnej časti kolektora prúdu. To znižuje zrážanie lítia a vykazuje horší výkon. V tekutých batériách sa tento jav nevyskytuje. To ukazuje, že interakcia medzi pevným elektrolytom a zberačom prúdu je výrazne odlišná od interakcie kvapalného elektrolytu. Je potrebné ďalej preskúmať základný pracovný mechanizmus a charakteristiky predtým, ako bude možné vykonať návrh zberača prúdu polovodičovej batérie bez zápornej elektródy.

Zhrnutie a Outlook

S objavením sa LGPS s vysokou iónovou vodivosťou sa výrazne zvýšil výskum sulfidových plne pevných lítium-iónových batérií. Medzi nimi výber materiálov anód a riešenie problémov rozhrania sa stali jedným z ťažísk výskumu. Mnoho vedcov komplexne zhrnulo pokrok vo výskume rozhrania lítiová anóda/sulfidový elektrolyt. Tento článok poskytuje systematický prehľad hlavných anódových materiálov pre celopevné lítiové batérie na báze sulfidových elektrolytov, ako sú kovové lítium, zliatiny lítia a kremíkové anódy. Bol navrhnutý problém rozhrania medzi lítiovou anódou a sulfidovým elektrolytom a boli zhrnuté spoločné stratégie na zlepšenie vlastností rozhrania. Pevné lítium-iónové batérie sú v súčasnosti ešte ďaleko od komerčného využitia a chýba im úplný základný teoretický výskum a technická podpora. Preto je v budúcom výskume stále potrebné venovať pozornosť nasledujúcim otázkam.

(1) Anódy z lítiovej zliatiny majú vynikajúcu skladovaciu kapacitu lítia a stabilnejší výkon a preukázali veľký potenciál pri riešení rastu dendritu lítiovej anódy a skratu, čím sa dosahuje vysoká hustota energie a dlhodobo stabilné lítiové batérie v tuhom stave. V oblasti celopevných batérií možno vďaka kontaktným charakteristikám rozhrania pevná látka-pevná látka vyriešiť problém opakovaného generovania SEI spôsobeného reakciou zliatinových materiálov a kvapalných elektrolytov. Aby bolo možné lepšie aplikovať zliatinové anódy, je potrebné vykonať základnú a aplikovanú prácu na zvýšenie pochopenia chémie, elektrochémie, mechanických vlastností a pracovného mechanizmu zliatinových anód v polovodičových batériách, aby sa uspokojil dopyt po vysokej kapacitou, dlhodobo stabilné polovodičové batérie. .

(2) Silikónové anódy môžu maximalizovať energetickú hustotu lítium-iónových batérií v pevnej fáze. Avšak, pretože kremík má nízku elektrónovú vodivosť, bežne používané uhlíkové vodivé činidlá urýchlia rozklad sulfidových elektrolytov. Ako regulovať parametre zloženia kremíkovej anódy tak, aby neovplyvňovala vodivú dráhu elektródy ani nespôsobovala rozklad sulfidového elektrolytu, je hlavnou výzvou, ktorej čelí proces prípravy kremíkovej anódy. Je to tiež technická bariéra pre rozsiahlu industrializáciu kremíkových anód v sulfidových polovodičových batériách.

(3) Problémom malých zásob a vysokej ceny kovového lítia je potrebné venovať pozornosť aj v skutočných komerčných aplikáciách. Hoci je kovová lítiová anóda prospešná pre proces pokovovania lítiom, nie je nevyhnutnou súčasťou na dosiahnutie elektrochemickej reakcie pokovovania lítiom. Podmienky používania kovového lítia sú mimoriadne tvrdé a masová výroba lítiových batérií prinesie obrovské bezpečnostné riziká. Preto s cieľom znížiť náklady, zlepšiť bezpečnosť a dosiahnuť konečnú komercializáciu je vývoj lítiových batérií v pevnej fáze bez lítiových anód výskumným smerom. Napríklad výskum Ag-C kompozitnej elektródy poskytuje dobrý nápad pre ďalšiu prácu. Okrem toho si základný pracovný mechanizmus a charakteristiky zberačov prúdu tiež vyžaduje ďalší výskum, aby sa zberače prúdu vopred upravili cieleným spôsobom, aby sa získali vysokovýkonné polovodičové batérie bez záporných elektród.

Vývoj negatívnych elektródových materiálov v oblasti celopevných batérií má pred sebou ešte dlhú cestu. S prehlbujúcim sa výskumom plne polovodičové batérie na báze vysokoenergetických záporných elektród určite ukážu svoje jedinečné výhody v oblasti sekundárnych batérií.