Progresso recente no ânodo para baterias de lítio totalmente sólidas à base de sulfeto - outros ânodos

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Progresso recente no ânodo para baterias de lítio totalmente em estado sólido à base de sulfeto

—— Parte 2 outros ânodos

Autor:  JIA Linan, DU Yibo, GUO Bangjun, ZHANG Xi

1. Escola de Engenharia Mecânica, Universidade Jiao Tong de Xangai, Xangai 200241, China

2. Shanghai Yili Nova Tecnologia Energética Co., LTD. , Xangai 201306, China

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Ânodo de liga de lítio

Devido às graves reações colaterais interfaciais, o lítio puro é difícil de ser usado diretamente em eletrólitos sólidos de sulfeto no curto prazo, portanto, os materiais de liga de lítio oferecem uma opção mais atraente. Comparados aos ânodos metálicos de lítio, os ânodos de liga de lítio podem melhorar a molhabilidade da interface, inibir a ocorrência de reações colaterais da interface, aumentar a estabilidade química e mecânica da interface do eletrólito sólido e evitar curtos-circuitos causados ​​pelo crescimento de dendritos de lítio. Ao mesmo tempo, em comparação com baterias de íon-lítio líquido, os ânodos de liga podem apresentar maior densidade de energia e melhor estabilidade em baterias totalmente de estado sólido. No entanto, os eletrodos negativos da liga sofrerão maiores volumes e alterações estruturais durante a carga e descarga (como liga Li-Si, liga Li-Sn, etc.), portanto, mais pesquisas são necessárias no desenvolvimento e aplicação de materiais de liga. Entre as várias ligas de lítio, a liga Li-In é popular em escala laboratorial devido à sua melhor ductilidade mecânica e potencial redox constante (0,62 V vs Li+/Li) em uma ampla faixa estequiométrica. As ligas Li-In são geralmente consideradas materiais termodinâmica e cineticamente estáveis ​​​​para eletrólitos de sulfeto. É amplamente utilizado em laboratórios para testar o desempenho de eletrólitos ou materiais catódicos, ao mesmo tempo que apresenta boa estabilidade de ciclo sob condições de baixa corrente e baixa carga. No entanto, o potencial redox e o peso molecular da liga Li-In são altos, o que reduz bastante a vantagem da densidade de energia das baterias de íons de lítio totalmente em estado sólido. Geralmente, os estudos acreditam que não há crescimento de dendritos de lítio em ligas Li-In. No entanto, Luo et al. conduziu testes de carga e descarga em bateria totalmente de estado sólido Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 sob alta densidade de corrente (3,8 mA·cm-2) e alta carga (4 mA·h·cm-2). Descobriu-se que a bateria apresentou um curto-circuito após aproximadamente 900 ciclos. A bateria manteve uma capacidade de ciclo estável e quase 100% de eficiência Coulombic durante ciclos de carga-descarga de até 890 ciclos, mas a capacidade começou a diminuir rapidamente após 891 ciclos, caindo para perto de 0 no 897º ciclo. A curva de tensão de carga e descarga relevante da bateria do 891º ao 897º ciclo, em que a capacidade de carga aumenta gradualmente, enquanto a capacidade de descarga correspondente diminui. No 897º ciclo, a bateria continua a carregar e a capacidade continua a aumentar, acompanhada por uma menor taxa de aumento de tensão, o que indica a ocorrência de curto-circuito interno e falha da bateria. O mecanismo de crescimento dos dendritos Li-In foi revelado através de SEM, XPS e outras caracterizações e simulação AIMD. Indica isso sob condições de alta corrente e alta carga. Metallic In é termodinamicamente e cineticamente instável a eletrólitos de sulfeto. Mudanças de volume e leves reações interfaciais induzem o crescimento de dendritos Li-In, levando à falha da bateria durante ciclos longos. Diferente do crescimento vertical dos dendritos de lítio, o modo de crescimento dos dendritos Li-In é o crescimento lateral ao longo dos poros e limites dos grãos. A taxa de crescimento é lenta e causa poucos danos à estrutura do eletrólito de sulfeto (Figura 6). Portanto, o crescimento de dendritos Li-In pode ser suprimido melhorando a estabilidade eletroquímica do eletrodo metálico/eletrólito sólido e reduzindo a porosidade do eletrólito.

Fig.6 Antes e depois da evolução da interface de ciclagem para célula Li-In|LPSCl|LNO@NCM622

 

Al tem as vantagens de alta ductilidade, altas reservas e alta condutividade eletrônica. Possui alta capacidade específica teórica (990 mA·h·g-1) e pequena taxa de expansão de volume (96%) entre os materiais de liga de lítio. É um dos materiais anódicos de bateria de lítio de estado sólido mais promissores. Conforme mostrado na Figura 7 (a), Pan et al. prepararam um eletrodo negativo de liga Li-Al sem aglutinante e agente condutor (Li0,8Al, capacidade específica 793 mA·h·g-1, 0,35 V vs Li+/Li). Possui boa compatibilidade com eletrólito LGPS. Isto se deve ao fato de que o potencial de trabalho do ânodo da liga Li-Al preparado está dentro da janela real de estabilidade eletroquímica do LGPS [Fig. 7(b)]. Evitando a redução e a decomposição do eletrólito, a bateria montada totalmente em estado sólido apresentou excelente reversibilidade, com uma taxa de retenção de capacidade de até 93,29% em 200 ciclos. Sob a condição de relação N/P de 1,25, a densidade de energia da bateria atingiu 541 W·h·kg-1, provando que a liga Li-Al tem excelentes perspectivas de aplicação.

Fig.7 Esquema do ânodo de liga Li-Al em ASSLBs

Sakuma et al. estudaram a combinação de liga Li-Sn, liga Li-Si e eletrólito Li4-x Ge1-x P x S4, e observaram menor resistência de interface e maior potencial redox. Hashimoto et al. usou moinho de bolas de alta energia para preparar uma série de Li4.4Ge x Si1-x (x = 0 ~ 1,0). Dentre eles, Li4.4Ge0.67Si0.33 apresenta a maior capacidade específica (190 mAh·h·g-1) e possui boa reversibilidade de carga e descarga. Park et al. usou um moinho de bolas mecânico para misturar e moer pó de lítio e pó de silício para preparar a liga Li4.4Si, o eletrodo positivo Li4Ti5O12 e o eletrólito Li2S-P2S5 para montar uma bateria de lítio totalmente em estado sólido. O estudo descobriu que o desempenho da bateria foi significativamente melhorado após a moagem secundária de bolas da liga Li-Si, ou seja, a redução no tamanho das partículas da liga lítio-Si conduziu à deposição uniforme e remoção de lítio durante o processo de carga e descarga.

 

Filmes de liga de lítio também podem ser usados ​​como meio de estabilizar a interface do eletrodo negativo. Choi et al. usaram um método de laminação simples para combinar Ag com uma espessura de 10 μm e Li com uma espessura de 150 μm e depois aplicaram pressão externamente para obter um filme de liga Li-Ag. O alto teor de Ag forma facilmente uma interface estável com o eletrólito de sulfeto e inibe o crescimento de dendritos de lítio. Além disso, a pequena quantidade restante de Ag que não forma a liga Li-Ag participa da reação da solução sólida com Li, o que alivia o crescimento desigual do lítio. A bateria totalmente de estado sólido montada mostrou uma retenção de capacidade de 94,3% ao longo de 140 ciclos, e também poderia circular de forma estável a uma alta taxa de 12 C. Pesquisa de Kato et al. descobriram que a inserção de um filme de Au na interface do eletrólito Li / Li3PS4 pode prevenir a formação de vazios após a dissolução inicial do lítio e aumentar os locais de deposição de Li, o que ajuda a melhorar a reversibilidade da bateria. Além disso, a dissolução do filme Au em lítio metálico pode ser uma razão para melhorar o desempenho eletroquímico da interface do eletrodo negativo. Células Li-simétricas com um filme de Au inserido na interface Li/Li3PS4 podem operar de forma estável em alta densidade de corrente (1,3 mA·cm-2) e capacidade de grande área (6,5 mA·h·cm-2) sem curto-circuito. A bateria de estado sólido Li/Au/Li3PS4/LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 montada tem um ciclo de vida de mais de 200 vezes a uma alta densidade de corrente de 2,4 mA·cm-2.

 

Ânodo de silício

O Si é considerado um dos materiais anódicos mais promissores devido à sua ultra-alta capacidade específica teórica (4200 mAh·h·g-1), altas reservas, baixo custo, respeito ao meio ambiente, não toxicidade e baixo potencial operacional de 0,4 V. Pesquisas sobre a aplicação de ânodos de Si em baterias líquidas de íon-lítio foram desenvolvidas há mais de trinta anos e ainda são muito populares. Recentemente, à medida que as baterias de lítio totalmente em estado sólido entraram no campo da pesquisa energética, começou o trabalho para converter a tecnologia de silício bem desenvolvida de sistemas de baterias de íons de lítio líquidos em sistemas de baterias totalmente em estado sólido. No entanto, em comparação com a pesquisa sobre o desenvolvimento de ânodos de silício de alta capacidade para baterias de íons de lítio líquidos, embora haja poucos relatos sobre a aplicação de ânodos de silício baseados em baterias totalmente de estado sólido de sulfeto, os resultados demonstrados ainda são bastante importantes. No entanto, o ânodo de Si tem baixa condutividade eletrônica (1,56×10-3 S·m-1), baixo coeficiente de difusão de íons de lítio (10-14~10-13 cm2·S-1) e grande expansão de volume (Li4. 4Si é de cerca de 360%) e outras desvantagens, o que limita o seu âmbito de aplicação. A razão pela qual o eletrodo negativo de Si falha na bateria é geralmente devido à grande expansão de volume de Si durante o processo de litiação/delitiação, que causa pó, rachaduras e enorme estresse, e produz uma série de graves consequências destrutivas. Por exemplo: (1) Deterioração da integridade estrutural do eletrodo devido ao esmagamento repetido durante a descarga/carga. (2) Desconexão entre o eletrodo e o coletor de corrente causada por tensão interfacial. (3) Os íons de lítio são continuamente consumidos durante o processo contínuo de formação-destruição-reforma da camada SEI.

Atualmente, os métodos comumente usados ​​para otimizar ânodos de silício para baterias de lítio totalmente em estado sólido incluem controle de tamanho (nano-silício), projeto estrutural, ânodos de película fina, liga, aplicação de pressão, ânodos compostos com ligantes/materiais condutores avançados (como Si -Ânodos C), etc. Sakabe et al. usou pulverização catódica magnetron para preparar ânodos de silício amorfo não porosos e porosos e combinou-os com eletrólito 80Li2S · 20P2S5 para conduzir testes de capacidade de ciclo. Após 100 ciclos, o filme de silício amorfo não poroso de 3,00 µm de espessura mostrou apenas cerca de 47% de capacidade em relação ao 10º ciclo. O filme de silício amorfo poroso de 4,73 µm apresenta uma capacidade de litiação de até 3000 mAh·h·g-1. Após 100 ciclos, a taxa de retenção de capacidade em comparação com o 10º ciclo excede 93%. Isso mostra que a estrutura porosa pode efetivamente melhorar a estabilidade do ciclo da bateria. Okuno et al. aplicou o ânodo composto de silício poroso a uma bateria totalmente de estado sólido com eletrólito Li3PS4 e mostrou uma taxa de retenção de alta capacidade de mais de 90% em 100 ciclos. Isso ocorre porque os poros nas partículas de silício resolvem as enormes mudanças de volume durante a litiação e a delitiação, melhorando a estabilidade do ciclo. Em contraste, a estabilidade do ciclo dos ânodos de silício não porosos comerciais é fraca e a taxa de retenção da capacidade em 100 ciclos é de apenas 20% ou até menos. Poetke et al. relataram que nanomateriais vazios compostos de silício-carbono foram usados ​​​​como eletrodos negativos para baterias de íon-lítio totalmente em estado sólido e foram aplicados com sucesso em baterias completas de Si-C | O compósito nanoestruturado de Si-C usado no estudo fornece uma lacuna entre as nanopartículas de silício (SiNPs) e uma camada externa de carbono. O invólucro de carbono pode compensar efetivamente as alterações no volume do silício, melhorando o desempenho eletroquímico em comparação com os SiNPs simples.

Nos últimos anos, a comunidade acadêmica tem alcançado repetidamente avanços na pesquisa de ânodos de silício puro. Em 2020, Cangaz et al. relataram um ânodo de silício colunar preparado por um processo PVD e combinado com um eletrólito Li6PS5Cl e um cátodo LiNi0,9Co0,05Mn0,05O2 para preparar uma bateria totalmente de estado sólido com alta capacidade específica (210 mA·h·g-1 ). O ânodo colunar de silício foi ciclado de forma estável por mais de 100 vezes sob uma carga elevada de 3,5 mA·h·cm-2, com uma eficiência Coulombic tão alta quanto 99,7%~99,9%. Durante o ciclo, a estrutura colunar de silício exibe um efeito de respiração unidimensional semelhante ao ânodo de lítio na direção vertical. Esta respiração unidimensional pode ser compensada pela porosidade intrínseca da estrutura colunar de silício e pela pressão externa da pilha, formando um SEI bidimensional estável. Ao mesmo tempo, a pressão da pilha (20 MPa) também suprime a delaminação do silício colunar e do coletor de corrente. Comparado com ânodos metálicos de lítio, este ânodo colunar de silício elimina o risco de dendritos de lítio, curtos-circuitos e perda morta de lítio. Em 2021, Tan et al. relataram um ânodo comercial de Si (μ-Si) de silício puro de grau micron de 99,9,9% (massa). A área de contato da interface entre o eletrodo negativo e o eletrólito Li6PS5Cl é um plano bidimensional, mesmo que ocorra expansão de volume durante a carga e descarga. Contudo, o plano bidimensional ainda é mantido e nenhuma nova interface é formada. A liga Li-Si formada pelo eletrodo negativo μ-Si litiado possui propriedades químicas e mecânicas únicas, o que aumenta a área de contato entre o eletrodo negativo e o eletrólito [Figura 8 (a)]. A bateria de lítio totalmente em estado sólido montada por μ-Si, eletrólito Li6PS5Cl e NCM811 pode operar de forma estável dentro de uma alta densidade de corrente superficial (5 mA·cm-2) e uma ampla faixa de temperatura (-20 ~ 80 ℃). Ela tem uma taxa de retenção de capacidade de 80% após 500 ciclos estáveis ​​e uma eficiência coulombiana média de 99,95% [Figura 8 (b)], que é o melhor desempenho de baterias de micro-silício totalmente em estado sólido relatado até agora. Vale ressaltar que o ânodo μ-Si passa por ciclos de alta densidade de corrente sem materiais de carbono condutores, suprimindo efetivamente a decomposição do eletrólito de sulfeto. Ele fornece novas idéias para os efeitos adversos do carbono em eletrodos compostos de Si-C no pensamento convencional. Em 2022, Cao et al. preparou um eletrodo negativo composto composto por partículas de nano-silício (nm-Si), carbono condutor e Li6PS5Cl por meio de moagem de bolas. O eletrodo negativo composto possui boa condutividade eletrônica e iônica em seu interior, o que pode efetivamente reduzir a densidade de corrente local e inibir a geração de dendritos de lítio na superfície do eletrodo negativo. É combinado com um material catódico de cristal único NMC811 revestido por um método sol-gel. Usando um filme Li6PS5Cl com espessura de 47 μm como eletrólito, foi obtida uma bateria de lítio totalmente em estado sólido com densidade de energia de até 285 W·h·kg-1. A bateria completa alcançou uma alta capacidade de 145 mAh·g-1 a C/3 para 1000 ciclos estáveis. O ânodo de silício composto mostra a perspectiva de fabricação em larga escala, reduz significativamente os custos e fornece uma orientação para a comercialização de baterias de lítio totalmente em estado sólido. Diferente do conceito de design de eletrodo negativo de Tan, este eletrodo negativo composto não apenas adiciona eletrólito, mas também adiciona agente condutor de carbono. A razão é que, comparado com μ-Si, o nm-Si tem uma área superficial maior, há mais limites no ânodo de silício e geralmente há uma camada de SiO na superfície do nm-Si. Portanto, a condutividade elétrica é geralmente 3 ordens de grandeza menor que a do μ-Si, o que dificulta a condução dos elétrons durante a carga e descarga. Experimentos mostram que durante o processo de remoção do lítio deste ânodo nm-Si, o eletrólito apenas se decompõe ligeiramente e nenhum dendrito de lítio é produzido. Com base no sistema acima, Cao et al. propôs uma arquitetura de bateria com design de pilha bipolar. As células individuais são conectadas em série através de um coletor de corrente para reduzir o uso de materiais inativos, alcançando assim maior densidade de energia. Mais especificamente, uma bateria de lítio de estado sólido empilhada de camada dupla feita de cristais únicos de interface estável LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2, Li6PS5Cl e nm-Si servem como eletrodo positivo, eletrólito e eletrodo negativo, respectivamente, fornecendo uma alta tensão de 8,2 V. A densidade de energia no nível da bateria é de 204 W·h·kg-1, que é superior aos 189 W·h·kg-1 de uma única bateria. Este design bipolar empilhado tem um bom significado de referência para todo o campo de baterias de estado sólido. alcançando assim maior densidade de energia. Mais especificamente, uma bateria de lítio de estado sólido empilhada de camada dupla feita de cristais únicos de interface estável LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2, Li6PS5Cl e nm-Si servem como eletrodo positivo, eletrólito e eletrodo negativo, respectivamente, fornecendo uma alta tensão de 8,2 V. A densidade de energia no nível da bateria é de 204 W·h·kg-1, que é superior aos 189 W·h·kg-1 de uma única bateria. Este design bipolar empilhado tem um bom significado de referência para todo o campo de baterias de estado sólido. alcançando assim maior densidade de energia. Mais especificamente, uma bateria de lítio de estado sólido empilhada de camada dupla feita de cristais únicos de interface estável LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2, Li6PS5Cl e nm-Si servem como eletrodo positivo, eletrólito e eletrodo negativo, respectivamente, fornecendo uma alta tensão de 8,2 V. A densidade de energia no nível da bateria é de 204 W·h·kg-1, que é superior aos 189 W·h·kg-1 de uma única bateria. Este design bipolar empilhado tem um bom significado de referência para todo o campo de baterias de estado sólido.

Fig.8 Caracterização interfacial e desempenho de ciclagem entre ânodo µ-Si e Li6PS5Cl nos ASSLBs

 

A Tabela 1 resume as soluções para a interface eletrólito/ânodo sólido de sulfeto e as vantagens e desvantagens correspondentes.

Tabela 1 Estratégias de abordagem de questões interfaciais entre ânodos e eletrólitos de estado sólido à base de sulfeto

 

Outros ânodos

Eletrodo negativo de carbono prateado

Lee et al. relataram um projeto de bateria totalmente em estado sólido usando uma camada intermediária de prata-carbono (Ag/C) [Figura 9 (a)]. Este design de intercamada regula efetivamente o processo de deposição de lítio, e fenômenos altamente reversíveis de deposição e remoção de lítio são observados entre a camada Ag/C e o coletor de corrente. Entre eles, C é utilizado para separar o eletrólito Li6PS5Cl do lítio metálico depositado, o que não só evita a redução do eletrólito, mas também evita a geração de dendritos de lítio. Ag pode reduzir a energia de nucleação do lítio metálico para formar uma liga Ag-Li. Parte do Ag move-se para a superfície do coletor de corrente para formar uma solução sólida com lítio metálico, promovendo a deposição uniforme de lítio. Após a descarga, a camada metálica de lítio é completamente dissolvida, enquanto Ag permanece entre o coletor de corrente e a camada Ag-C. Este projeto pode acomodar a mudança de volume do lítio metálico durante o ciclo, reduzir a densidade de corrente local do ânodo de lítio e melhorar a estabilidade do ciclo. Conforme mostrado na Figura 9(b), a bateria tipo bolsa montada (0,6 A·h) apresenta alta densidade de energia (maior que 900 W·h·L-1) a 60°C. Eficiência Coulombic estável superior a 99,8%. Ciclo de vida longo (1000 ciclos). Ele fornece novas ideias para a aplicação comercial de baterias de lítio totalmente em estado sólido.

 

Fig.9 Estrutura e desempenho de ciclagem para ASSLBs baseados em sulfeto usando ânodo Ag-C

Grafite

Entre os vários materiais anódicos intercalados para baterias de íons de lítio, o grafite é o material de maior sucesso comercial devido ao seu baixo custo, grandes reservas e longo ciclo de vida. No entanto, no campo das baterias totalmente de estado sólido, o grafite não se tornou o foco da seleção de materiais para eletrodos negativos devido à sua capacidade teórica limitada. Nos primeiros relatórios, a grafite era frequentemente usada como material anódico para eletrólitos sólidos de sulfeto recém-sintetizados. Pesquisas posteriores se concentraram no mecanismo básico de funcionamento do grafite em ASSLBs de sulfeto para otimizar o projeto e a fabricação de eletrodos. A grafite é frequentemente usada como estrutura para materiais anódicos de alta energia em pesquisas recentes, proporcionando integridade estrutural e condutividade elétrica. No entanto, outros eletrodos negativos de corrente, como lítio e silício, ainda apresentam problemas como alto custo, grande taxa de expansão de volume e ciclo instável. Portanto, o grafite, por ser um material de baixo custo, grandes reservas, alto grau de comercialização e alta estabilidade, pode desempenhar um papel importante no processo de desenvolvimento de baterias totalmente de estado sólido nos estágios iniciais. É necessário otimizar continuamente a capacidade disponível de grafite.

 

Pré-tratamento do coletor atual

As baterias de íon-lítio sem anodo montam o coletor de corrente diretamente com a bateria sem adicionar excesso de lítio, onde o lítio metálico é formado pela redução de íons de lítio no coletor de corrente do revestimento catódico totalmente litiado durante o primeiro ciclo de carga. Este conceito foi estudado extensivamente no campo das baterias de íons de lítio, e algumas equipes estenderam esse projeto para baterias de lítio totalmente em estado sólido. Gu et al. gravou a superfície do coletor de corrente de aço inoxidável (SSCC) em vários graus, combinou-o com eletrólito sólido Li5.5PS4.5Cl1.5 e conduziu o ciclo eletrostático usando uma configuração de bateria assimétrica (folha de lítio | folha de aço inoxidável). Resultados experimentais mostram que diferentes rugosidades do SSCC têm maior impacto no desempenho da bateria. Baterias totalmente de estado sólido montadas com SSCCs com rugosidade de 180 nm têm melhor desempenho do ciclo eletroquímico do que baterias com rugosidade de apenas 20 nm. Isto se deve ao fato da superfície rugosa aumentar os pontos de contato entre o eletrólito e o coletor de corrente, proporcionando múltiplos pontos de reação e permitindo a deposição uniforme de lítio na interface. No entanto, quando a rugosidade da superfície excede 500 nm, a superfície altamente rugosa faz com que os íons de lítio mal alcancem os pontos de contato limitados no fundo gravado do coletor de corrente. Isto reduz a precipitação de lítio e apresenta pior desempenho. Este fenômeno não ocorre em baterias líquidas. Isto mostra que a interação entre o eletrólito sólido e o coletor de corrente é significativamente diferente daquela do eletrólito líquido. É necessário explorar ainda mais o mecanismo básico de funcionamento e as características antes que o projeto do coletor de corrente da bateria totalmente de estado sólido sem eletrodo negativo possa ser executado.

Resumo e Perspectiva

Com o surgimento de LGPS com alta condutividade iônica, a pesquisa em baterias de íon-lítio totalmente sólidas de sulfeto aumentou muito. Dentre eles, a seleção de materiais anódicos e a solução de problemas de interface tornaram-se um dos focos de pesquisa. Muitos estudiosos resumiram de forma abrangente o progresso da pesquisa na interface ânodo de lítio/eletrólito de sulfeto. Este artigo fornece uma visão sistemática dos principais materiais anódicos para baterias de lítio totalmente em estado sólido baseadas em eletrólitos de sulfeto, como lítio metálico, ligas de lítio e ânodos de silício. O problema de interface entre o ânodo de lítio e o eletrólito de sulfeto foi proposto, e estratégias comuns para melhorar as propriedades da interface foram resumidas. Atualmente, as baterias de íon-lítio totalmente em estado sólido ainda estão longe da aplicação comercial e carecem de pesquisa teórica básica completa e suporte técnico. Portanto, as seguintes questões ainda precisam ser atentas em pesquisas futuras.

(1) Os ânodos de liga de lítio têm excelente capacidade de armazenamento de lítio e desempenho mais estável, e têm mostrado grande potencial na solução do crescimento e curto-circuito de dendritos de ânodo de lítio, alcançando alta densidade de energia e baterias de lítio totalmente estáveis ​​a longo prazo. No campo de baterias totalmente de estado sólido, devido às características de contato da interface sólido-sólido, o problema da geração repetida de SEI causada pela reação de materiais de liga e eletrólitos líquidos pode ser resolvido. Para melhor aplicar ânodos de liga, é necessário realizar trabalhos básicos e aplicados para aumentar a compreensão da química, eletroquímica, propriedades mecânicas e mecanismo de funcionamento dos ânodos de liga em baterias de estado sólido, de modo a atender a demanda por alta - capacidade, baterias de estado sólido estáveis ​​a longo prazo. .

(2) Os ânodos de silício podem maximizar a densidade de energia de baterias de íons de lítio totalmente em estado sólido. No entanto, como o silício tem baixa condutividade eletrônica, os agentes condutores de carbono comumente usados ​​acelerarão a decomposição dos eletrólitos de sulfeto. Como regular os parâmetros de composição do ânodo de silício de modo que não afete o caminho condutor do eletrodo nem provoque a decomposição do eletrólito de sulfeto é um grande desafio enfrentado pelo processo de preparação do ânodo de silício. É também uma barreira técnica para a industrialização em larga escala de ânodos de silício em baterias de estado sólido de sulfureto.

(3) Os problemas das pequenas reservas e do alto preço do lítio metálico também precisam de atenção nas aplicações comerciais reais. Embora o ânodo metálico de lítio seja benéfico para o processo de revestimento de lítio, não é um componente necessário para obter o revestimento de lítio por reação eletroquímica. As condições de uso do metal de lítio são extremamente severas e a produção em massa de baterias de lítio trará enormes riscos de segurança. Portanto, a fim de reduzir custos, melhorar a segurança e alcançar a comercialização final, o desenvolvimento de baterias de lítio totalmente em estado sólido sem ânodos de lítio é uma direção de pesquisa. Por exemplo, a pesquisa com eletrodo compósito Ag-C fornece uma boa ideia para o próximo trabalho. Além disso, o mecanismo básico de funcionamento e as características dos coletores de corrente também precisam de mais pesquisas para pré-tratar os coletores de corrente de maneira direcionada para obter baterias de estado sólido de alto desempenho sem eletrodos negativos.

O desenvolvimento de materiais de eletrodos negativos no campo de baterias totalmente de estado sólido ainda tem um longo caminho a percorrer. Com o aprofundamento da pesquisa, as baterias totalmente de estado sólido baseadas em eletrodos negativos de alta energia certamente mostrarão suas vantagens únicas no campo das baterias secundárias.