德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)(TUM)與烏爾姆大學(xué)亥姆霍茲研究所(HIU)的研究人員評估了全固態(tài)鋰離子和鋰金屬電池大規(guī)模生產(chǎn)面對的挑戰(zhàn)和要求。他們向研究機(jī)構(gòu)、材料供應(yīng)商和汽車制造商的專家報告了其研究成果。

為了縮小材料研究和工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)之間的差距，該團(tuán)隊提出了硫化物和氧化物基全固態(tài)電池(ASSB)從電極制造到電池組裝和質(zhì)量控制的生產(chǎn)鏈解決方法。研究人員將硫化物基全固態(tài)電池和常規(guī)鋰離子電池的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了詳細(xì)比較，并且表明，雖然復(fù)合電極制造工藝可通過一些技術(shù)進(jìn)行調(diào)整，但固體電解質(zhì)隔離層的制造和鋰金屬陽極的集成將要全新的工藝。

盡管目前在消費(fèi)電子、工業(yè)和汽車應(yīng)用中普遍存在，但常規(guī)鋰離子電池存在許多問題，包括原材料可用性、安全問題以及有限的儲能容量。研究人員Schnell表示：“為了滿足2025年對汽車應(yīng)用的需求，將要800Wh/l的能量密度和超過300Wh/kg比能量的電池。”

常規(guī)鋰離子電池由兩個電極、隔板及重要由非質(zhì)子有機(jī)溶劑和導(dǎo)電鹽組成的液體電解質(zhì)構(gòu)建。

研究人員表示，目前鋰離子電池面對的許多問題可以追溯到這種液體電解質(zhì)。溶劑的易燃性導(dǎo)致電池的安全問題和副反應(yīng)，導(dǎo)電鹽導(dǎo)致電池容量的衰減和老化。在電池生產(chǎn)過程中，電解液填充和潤濕過程以及廣泛的成型過程導(dǎo)致成本提升。

相比之下，由于缺乏易燃成分，全固態(tài)電池本質(zhì)上更安全，并且能夠顯著提高能量密度。全固態(tài)電池采用固體電解質(zhì)代替液體電解質(zhì)，該固體電解質(zhì)既可用作電絕緣體又用作離子導(dǎo)體。固體物理屏障（solidphysicalbarrier）還能夠通過防止枝晶的形成而使用鋰金屬作為陽極材料。因此，與常規(guī)石墨電池相比，其體積能量密度可新增高達(dá)70%。此外，固體電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性可以促進(jìn)高容量(如硫)或高電壓陰極材料的使用。

總體而言，研究表明，盡管要在材料層面上進(jìn)行不斷改進(jìn)和開發(fā)，以應(yīng)對電池界面穩(wěn)定性和導(dǎo)電性受限等挑戰(zhàn)，但未來的研究必須更加重視材料和生產(chǎn)成本，以便能夠快速投入市場。