Anode til sulfidbaseret hel-solid-state lithium-batteri - del 2 Andre anoder

Nylige fremskridt med anode til sulfid-baserede all-solid-state lithium-batterier

—— Del 2 Andre anoder

Forfatter:

JIA Linan, DU Yibo, GUO Bangjun, ZHANG Xi

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

2. Shanghai Yili New Energy Technology Co., LTD. , Shanghai 201306, Kina

Lithium legering anode

På grund af alvorlige grænsefladereaktioner er det svært at bruge rent lithium direkte i faste sulfidelektrolytter på kort sigt, så lithiumlegeringsmaterialer giver en mere attraktiv mulighed. Sammenlignet med metalliske lithiumanoder kan lithiumlegeringsanoder forbedre grænsefladefugtigheden, hæmme forekomsten af ​​grænsefladesidereaktioner, forbedre den kemiske og mekaniske stabilitet af den faste elektrolytgrænseflade og undgå kortslutninger forårsaget af væksten af ​​lithiumdendritter. På samme tid, sammenlignet med flydende lithium-ion-batterier, kan legeringsanoder vise højere energitæthed og bedre stabilitet i all-solid-state batterier. Imidlertid vil legeringsnegative elektroder gennemgå større volumen og strukturelle ændringer under opladning og afladning (såsom Li-Si-legering, Li-Sn-legering osv.), så der er behov for yderligere forskning i udvikling og anvendelse af legeringsmaterialer. Blandt forskellige lithiumlegeringer er Li-In-legering populær i laboratorieskala på grund af dens bedre mekaniske duktilitet og konstante redoxpotentiale (0.62 V vs Li+/Li) over et bredt støkiometrisk område. Li-In-legeringer anses generelt for at være termodynamisk og kinetisk stabile materialer til sulfidelektrolytter. Det bruges i vid udstrækning i laboratorier til at teste ydeevnen af ​​elektrolytter eller katodematerialer, mens det viser god cyklusstabilitet under lav strøm og lav belastning. Redox-potentialet og molekylvægten af ​​Li-In-legering er dog høj, hvilket i høj grad reducerer energitæthedsfordelen ved hel-faststof lithium-ion-batterier. Generelt mener undersøgelser, at der ikke er nogen vækst af lithiumdendritter i Li-In-legeringer. Imidlertid har Luo et al. udførte opladnings- og afladningstests på Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 hel-solid-state batteri under høj strømtæthed (3,8 mA·cm-2) og høj belastning (4 mA·h·cm{{23} }). Batteriet viste sig at have en kortslutning efter ca. 900 cyklusser. Batteriet opretholdt stabil cykluskapacitet og næsten 100 % Coulombic effektivitet under opladnings-afladningscyklusser op til 890 cyklusser, men kapaciteten begyndte at falde hurtigt efter 891 cyklusser, faldende til tæt på 0 ved 897. cyklus. Den relevante lade- og afladningsspændingskurve for batteriet fra 891. til 897. cyklus, hvor ladekapaciteten gradvist øges, mens den tilsvarende afladningskapacitet falder. I den 897. cyklus fortsætter batteriet med at oplade, og kapaciteten fortsætter med at stige, ledsaget af en lavere spændingsstigningshastighed, hvilket indikerer forekomsten af ​​en intern kortslutning og batterifejl. Vækstmekanismen for Li-In dendritter blev afsløret gennem SEM, XPS og andre karakteriseringer og AIMD-simulering. Angiver, at under høj strøm og høj belastning. Metallic In er termodynamisk og kinetisk ustabil over for sulfidelektrolytter. Volumenændringer og lette grænsefladereaktioner inducerer væksten af ​​Li-In dendritter, hvilket i sidste ende fører til batterifejl under lange cyklusser. Forskellig fra den vertikale vækst af lithiumdendritter er vækstmetoden for Li-In dendritter lateral vækst langs porerne og korngrænserne. Væksthastigheden er langsom, og den forårsager ringe skade på sulfidelektrolytstrukturen (figur 6). Derfor kan Li-In dendritvækst undertrykkes ved at forbedre den elektrokemiske stabilitet af metalelektroden/fast elektrolyt og reducere elektrolyttens porøsitet.

Fig.6 Før og efter cykling grænsefladeudvikling for Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 celle

Al har fordelene ved høj duktilitet, høje reserver og høj elektronisk ledningsevne. Den har en høj teoretisk specifik kapacitet (990 mA·h·g-1) og en lille volumenudvidelseshastighed (96%) blandt lithiumlegeringsmaterialer. Det er et af de mere lovende all-solid-state lithium batteri anode materialer. Som vist i figur 7(a) har Pan et al. fremstillet en negativ elektrode af Li-Al-legering uden bindemiddel og ledende middel (Li0.8Al, specifik kapacitet 793 mA·h·g-1, 0,35 V vs Li+/Li). Har god kompatibilitet med LGPS elektrolyt. Dette skyldes det faktum, at arbejdspotentialet for den fremstillede Li-Al-legeringsanode er inden for det faktiske elektrokemiske stabilitetsvindue for LGPS [Fig. 7(b)]. For at forhindre, at elektrolytten blev reduceret og nedbrudt, viste det samlede hel-solid-state-batteri fremragende reversibilitet med en kapacitetsretentionsrate så høj som 93,29 % i 200 cyklusser. Under en N/P-forhold på 1,25 nåede batteriets energitæthed 541 W·h·kg-1, hvilket beviser, at Li-Al-legering har fremragende anvendelsesmuligheder.

Fig.7 Skema af Li-Al-legeringsanoden i ASSLB'er

Sakuma et al. studerede matchningen af ​​Li-Sn-legering, Li-Si-legering og Li4-x Ge1-x P x S4-elektrolyt og observerede mindre grænseflademodstand og højere redoxpotentiale. Hashimoto et al. brugt højenergikuglefræsning til at forberede en serie af Li4.4Ge x Si1-x (x=0~1.0). Blandt dem viser Li4.4Ge0.67Si0.33 den største specifikke kapacitet (190 mA·h·g-1) og har god opladnings- og afladningsreversibilitet. Park et al. brugte mekanisk kuglefræsning til at blande og male lithiumpulver og siliciumpulver til at forberede Li4.4Si-legeringen, Li4Ti5O12-positive elektrode og Li2S-P2S5-elektrolyt til at samle et hel-solid-state lithiumbatteri. Undersøgelsen viste, at batteriets ydeevne blev væsentligt forbedret efter sekundær kuglefræsning af Li-Si-legeringen, det vil sige, at reduktionen i partikelstørrelsen af ​​lithium-Si-legeringen var befordrende for ensartet aflejring og stripning af lithium under opladnings- og afladningsproces.

Lithiumlegeringsfilm kan også bruges som et middel til at stabilisere den negative elektrodegrænseflade. Choi et al. brugt en simpel valsemetode til at kombinere Ag med en tykkelse på 10 μm og Li med en tykkelse på 150 μm og derefter påført eksternt tryk for at opnå en Li-Ag legeringsfilm. Det høje indhold af Ag danner let en stabil grænseflade med sulfidelektrolytten og hæmmer væksten af ​​lithiumdendritter. Derudover deltager den resterende lille mængde Ag, der ikke danner Li-Ag-legeringen, i den faste opløsningsreaktion med Li, hvilket afhjælper den ujævne vækst af lithium. Det samlede hel-solid-state batteri viste en kapacitetsretention på 94,3% over 140 cyklusser og kunne også cykle stabilt ved en høj hastighed på 12 C. Forskning af Kato et al. fandt ud af, at indsættelse af en Au-film ved Li/Li3PS4-elektrolytgrænsefladen kan forhindre dannelsen af ​​hulrum efter initial lithiumopløsning og øge Li-aflejringssteder, hvilket hjælper med at forbedre reversibiliteten af ​​batteriet. Derudover kan opløsningen af ​​Au-filmen i metallisk lithium være en grund til at forbedre den elektrokemiske ydeevne af den negative elektrodegrænseflade. Li-symmetriske celler med en Au-film indsat ved Li/Li3PS4-grænsefladen kan fungere stabilt ved høj strømtæthed (1,3 mA·cm-2) og stor arealkapacitet (6,5 mA·h·cm-2 ) uden kortslutning. Det samlede Li/Au/Li3PS4/LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 all-solid-state batteri har en cykluslevetid på mere end 200 gange ved en høj strømtæthed på 2,4 mA·cm-2.

Silicium anode

Si anses for at være et af de mest lovende anodematerialer på grund af dets ultrahøje teoretiske specifikke kapacitet (4200 mA·h·g-1), høje reserver, lave omkostninger, miljøvenlighed, ikke-toksicitet og lavt driftspotentiale på 0,4 V. Forskning i anvendelsen af ​​Si-anoder i flydende lithium-ion-batterier er blevet udviklet i mere end tredive år og er stadig meget populær. For nylig, da all-solid-state lithium-batterier er trådt ind på energiforskningsområdet, er arbejdet begyndt på at konvertere den veludviklede siliciumteknologi fra flydende lithium-ion-batterisystemer til all-solid-state batterisystemer. Sammenlignet med forskningen i udvikling af højkapacitets siliciumanoder til flydende lithium-ion-batterier, selvom der er få rapporter om anvendelsen af ​​siliciumanoder baseret på sulfid-helfaststof-batterier, er de viste resultater stadig ret vigtige. Si-anoden har imidlertid lav elektronisk ledningsevne (1,56×10-3 S·m-1), lav lithiumiondiffusionskoefficient (10-14-10-13 cm2·S-1) og stor volumenudvidelse (Li4. 4Si er omkring 360%) og andre ulemper, hvilket begrænser dets anvendelsesområde. Årsagen til, at den negative Si-elektrode svigter i batteriet, skyldes generelt den store volumenudvidelse af Si under lithiation/delithiation-processen, som forårsager pulverisering, revnedannelse og enorm stress og frembringer en række alvorlige destruktive konsekvenser. For eksempel: (1) Forringelse af elektrodens strukturelle integritet på grund af gentagen knusning under afladning/opladning. (2) Afbrydelse mellem elektroden og strømaftageren forårsaget af grænsefladespænding. (3) Lithiumioner forbruges kontinuerligt under den kontinuerlige dannelse-destruktion-reformationsproces af SEI-laget.

På nuværende tidspunkt omfatter almindeligt anvendte metoder til optimering af siliciumanoder til hel-solid-state lithiumbatterier størrelseskontrol (nano-silicium), strukturelt design, tyndfilmsanoder, legering, trykpåføring, kompositanoder med avancerede bindemidler/ledende materialer (såsom Si -C-anoder), etc. Sakabe et al. brugte magnetronforstøvning til at fremstille ikke-porøse og porøse amorfe siliciumanoder og kombinerede dem med 80Li2S·20P2S5 elektrolyt for at udføre test af cyklusevne. Efter 100 cyklusser viste den 3,00 µm tykke ikke-porøse amorfe siliciumfilm kun omkring 47 % kapacitet i forhold til den 10. cyklus. Den 4,73 µm porøse amorfe siliciumfilm viser en lithieringskapacitet så høj som 3000 mA·h·g-1. Efter 100 cyklusser overstiger kapacitetsretentionsraten sammenlignet med den 10. cyklus 93 %. Det viser, at den porøse struktur effektivt kan forbedre batteriets cyklusstabilitet. Okuno et al. påførte den porøse siliciumkompositanode på et hel-solid-state batteri med Li3PS4 elektrolyt og viste en høj kapacitetsretentionsrate på mere end 90 % i 100 cyklusser. Dette skyldes, at porerne i siliciumpartiklerne løser de enorme volumenændringer under lithiation og delithiation, hvilket forbedrer cyklusstabiliteten. I modsætning hertil er cyklusstabiliteten af ​​kommercielle ikke-porøse siliciumanoder dårlig, og kapacitetsretentionsraten i 100 cyklusser er kun 20% eller endnu lavere. Poetke et al. rapporterede, at silicium-carbon-komposit-nanomaterialer blev brugt som negative elektroder til all-solid-state lithium-ion-batterier og blev anvendt med succes på Si-C|Li6PS5Cl|NCM fulde batterier. Den nanostrukturerede Si-C-komposit, der blev brugt i undersøgelsen, giver et hul mellem siliciumnanopartikler (SiNP'er) og en ydre kulstofskal. Kulstofskallen kan effektivt kompensere for ændringer i siliciumvolumen, hvilket forbedrer den elektrokemiske ydeevne sammenlignet med bare SiNP'er.

I de senere år har det akademiske samfund gentagne gange opnået gennembrud i forskningen af ​​rene siliciumanoder. I 2020, Cangaz et al. rapporterede en søjleformet siliciumanode fremstillet ved en PVD-proces og kombineret med en Li6PS5Cl-elektrolyt og en LiNi0.9Co{{90}}.05Mn0.05O2-katode til fremstilling af en all-solid-state batteri med en høj specifik kapacitet (210 mA·h·g-1). Den søjleformede siliciumanode er blevet stabiliseret i mere end 100 gange under en høj belastning på 3,5 mA·h·cm-2 med en Coulombic effektivitet så høj som 99,7%~99,9%. Under cyklussen udviser den søjleformede siliciumstruktur en endimensionel åndedrætseffekt svarende til lithiumanoden i lodret retning. Denne endimensionelle vejrtrækning kan kompenseres af den iboende porøsitet af den søjleformede siliciumstruktur og det ydre staktryk, hvilket danner en stabil todimensionel SEI. Samtidig undertrykker stabeltrykket (20 MPa) også delamineringen af ​​det søjleformede silicium og strømkollektoren. Sammenlignet med metalliske lithiumanoder eliminerer denne søjleformede siliciumanode risikoen for lithiumdendritter, kortslutninger og dødt lithiumtab. I 2021, Tan et al. rapporterede en 99,9,9 % (masse) kommerciel mikron-kvalitet ren silicium Si (μ-Si) anode. Grænsefladekontaktområdet mellem den negative elektrode og Li6PS5Cl-elektrolytten er et todimensionalt plan, selvom volumenudvidelse sker under opladning og afladning. Det todimensionelle plan er dog stadig bibeholdt, og der dannes ingen ny grænseflade. Li-Si-legeringen dannet af den lithierede μ-Si negative elektrode har unikke kemiske og mekaniske egenskaber, som øger kontaktområdet mellem den negative elektrode og elektrolytten [Figur 8(a)]. All-solid-state lithiumbatteriet samlet af μ-Si, Li6PS5Cl elektrolyt og NCM811 kan fungere stabilt inden for en høj overfladestrømtæthed (5 mA·cm-2) og et bredt temperaturområde (-20~ 80 grader). Den har en kapacitetsretention på 80 % efter 500 stabile cyklusser og en gennemsnitlig Coulombic-effektivitet på 99,95 % [Figur 8(b)], hvilket er den bedste ydeevne af mikrosilicium-helfaststofbatterier, der er rapporteret hidtil. Det er værd at nævne, at μ-Si-anoden gennemgår cyklus med høj strømtæthed uden ledende kulstofmaterialer, hvilket effektivt undertrykker nedbrydningen af ​​sulfidelektrolytten. Det giver nye ideer til de negative virkninger af kulstof i Si-C kompositelektroder i konventionel tænkning. I 2022, Cao et al. forberedt en sammensat negativ elektrode sammensat af nano-silicium (nm-Si) partikler, ledende kulstof og Li6PS5Cl gennem kuglefræsning. Den sammensatte negative elektrode har god elektronisk og ionledningsevne indeni, hvilket effektivt kan reducere den lokale strømtæthed og hæmme dannelsen af ​​lithiumdendritter på overfladen af ​​den negative elektrode. Det er kombineret med et enkelt krystal NMC811 katodemateriale belagt med en sol-gel metode. Ved at bruge en Li6PS5Cl-film med en tykkelse på 47 μm som elektrolyt blev der opnået et helfast-state lithiumbatteri med en energitæthed på op til 285 W·h·kg-1. Det fulde batteri opnåede en høj kapacitet på 145 mA·h·g-1 ved C/3 i 1000 stabile cyklusser. Den sammensatte siliciumanode viser udsigten til produktion i stor skala, reducerer omkostningerne betydeligt og giver en retning for kommercialiseringen af ​​all-solid-state lithium-batterier. Forskellig fra Tans negative elektrodedesignkoncept tilføjer denne sammensatte negative elektrode ikke kun elektrolyt, men tilføjer også kulstofledende middel. Årsagen er, at sammenlignet med μ-Si har nm-Si et højere overfladeareal, der er flere grænser i siliciumanoden, og der er normalt et lag af SiO på overfladen af ​​nm-Si. Derfor er den elektriske ledningsevne generelt 3 størrelsesordener lavere end den for μ-Si, hvilket hindrer elektronledning under opladning og afladning. Eksperimenter viser, at under processen med at fjerne lithium fra denne nm-Si-anode, nedbrydes elektrolytten kun lidt, og der dannes ingen lithiumdendritter. Baseret på ovenstående system, Cao et al. foreslået en batteriarkitektur med et bipolært stakdesign. De enkelte celler er forbundet i serie gennem en strømkollektor for at reducere brugen af ​​inaktive materialer og derved opnå højere energitæthed. Mere specifikt fungerer et dobbeltlags stablet hel-solid-state lithiumbatteri lavet af grænsefladestabile enkeltkrystaller LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2, Li6PS5Cl og nm-Si som henholdsvis positiv elektrode, elektrolyt og negativ elektrode, hvilket giver en højspænding på 8,2 V. Energitætheden på batteriniveau er 204 W·h·kg-1, hvilket er højere end de 189 W·h·kg-1 for et enkelt batteri. Dette bipolære stablede design har god referencebetydning for hele hel-solid-state batterifeltet.

Fig.8 Grænsefladekarakterisering og cyklusydelse mellem µ-Si-anode og Li6PS5Cl i ASSLB'erne

Tabel 1 opsummerer løsningerne til den faste sulfidelektrolyt/anode-grænseflade og de tilsvarende fordele og ulemper.

Tabel 1 Håndtering af strategier for grænsefladeproblemer mellem anoder og sulfidbaserede faststofelektrolytter

Andre anoder

Sølv kulstof negativ elektrode

Lee et al. rapporterede et helt fast-state batteri design med et sølv-carbon (Ag/C) mellemlag [Figur 9(a)]. Dette mellemlagsdesign regulerer effektivt lithiumaflejringsprocessen, og meget reversible lithiumaflejringer og stripningsfænomener observeres mellem Ag/C-laget og strømkollektoren. Blandt dem bruges C til at adskille Li6PS5Cl-elektrolytten fra det aflejrede metalliske lithium, hvilket ikke kun undgår reduktionen af ​​elektrolytten, men også forhindrer dannelsen af ​​lithiumdendritter. Ag kan reducere kernedannelsesenergien af ​​metallisk lithium for at danne en Ag-Li-legering. En del af Ag bevæger sig til overfladen af ​​strømkollektoren for at danne en fast opløsning med metallisk lithium, hvilket fremmer ensartet lithiumaflejring. Efter udledningen er det metalliske lithiumlag helt opløst, mens Ag forbliver mellem strømkollektoren og Ag-C laget. Dette design kan rumme volumenændringen af ​​metallisk lithium under cykling, reducere den lokale strømtæthed af lithiumanoden og forbedre cyklusstabiliteten. Som vist i figur 9(b) udviser det samlede posebatteri (0.6 Ah·h) høj energitæthed (større end 900 W·h·L-1) ved 60 grader. Stabil Coulombic effektivitet over 99,8%. Lang levetid (1000 cyklusser). Det giver nye ideer til kommerciel anvendelse af all-solid-state lithium-batterier.

Fig.9 Struktur og cykling ydeevne for sulfid-baserede ASSLB'er brugt Ag-C anode

Grafit

Blandt forskellige interkalerede anodematerialer til lithium-ion-batterier er grafit det mest kommercielt succesrige materiale på grund af dets lave omkostninger, store reserver og lange cykluslevetid. Inden for hel-solid-state batterier er grafit dog ikke blevet fokus for valg af negativ elektrodemateriale på grund af dens begrænsede teoretiske kapacitet. I tidlige rapporter blev grafit ofte brugt som anodemateriale til nyligt syntetiserede faste sulfidelektrolytter. Senere forskning vendte sig mod at fokusere på den grundlæggende arbejdsmekanisme af grafit i sulfid ASSLB'er for at optimere design og fremstilling af elektroder. Grafit bruges ofte som en ramme for højenergi-anodematerialer i nyere forskning, hvilket giver strukturel integritet og elektrisk ledningsevne. Men andre nuværende negative elektroder såsom lithium og silicium har stadig problemer såsom høje omkostninger, stor volumenudvidelseshastighed og ustabil cyklus. Derfor kan grafit, som et materiale med lave omkostninger, store reserver, høj grad af kommercialisering og høj stabilitet, spille en vigtig rolle i procesudviklingen af ​​all-solid-state batterier i de tidlige stadier. Det er nødvendigt løbende at optimere den tilgængelige kapacitet af grafit.

Nuværende opsamler forbehandling

Anodeløse lithium-ion-batterier samler strømaftageren direkte med batteriet uden at tilføje overskydende lithium, hvor metallisk lithium dannes ved reduktion af lithiumioner på strømaftageren fra den fuldt lithierede katodeplettering under den første opladningscyklus. Dette koncept er blevet undersøgt grundigt inden for lithium-ion-batterier, og nogle teams har udvidet dette design til at omfatte alle-solid-state lithium-batterier. Gu et al. ætset overfladen af ​​rustfri stålstrømaftager (SSCC) i varierende grad, matchede den med Li5.5PS4.5Cl1.5 fast elektrolyt og udførte elektrostatisk cykling ved hjælp af en asymmetrisk batterikonfiguration (lithiumfolie|rustfrit stålfolie). Eksperimentelle resultater viser, at forskellige SSCC-ruheder har en større indflydelse på batteriets ydeevne. All-solid-state batterier samlet med SSCC'er med en ruhed på 180 nm har bedre elektrokemisk cyklus ydeevne end batterier med en ruhed på kun 20 nm. Dette skyldes, at den ru overflade øger kontaktpunkterne mellem elektrolytten og strømkollektoren, hvilket giver flere reaktionspunkter og muliggør ensartet aflejring af lithium på grænsefladen. Men når overfladeruheden overstiger 500 nm, forårsager den stærkt ru overflade, at lithiumionerne knap når de begrænsede kontaktpunkter ved den ætsede bund af strømkollektoren. Dette reducerer udfældningen af ​​lithium og viser dårligere ydeevne. Dette fænomen forekommer ikke i flydende batterier. Dette viser, at samspillet mellem den faste elektrolyt og strømaftageren er væsentligt forskellig fra den flydende elektrolyt. Det er nødvendigt at udforske den grundlæggende arbejdsmekanisme og karakteristika yderligere, før strømkollektordesignet af det negative elektrodefrie all-solid-state batteri kan udføres.

Resumé og Outlook

Med fremkomsten af ​​LGPS med høj ionisk ledningsevne er forskningen i sulfid-faststof lithium-ion-batterier steget markant. Blandt dem er udvælgelsen af ​​anodematerialer og løsningen af ​​grænsefladeproblemer blevet et af forskningsområderne. Mange forskere har omfattende opsummeret forskningsfremskridtene på lithiumanode/sulfidelektrolytgrænsefladen. Denne artikel giver et systematisk overblik over de almindelige anodematerialer til helfaststoflithiumbatterier baseret på sulfidelektrolytter, såsom metallisk lithium, lithiumlegeringer og siliciumanoder. Grænsefladeproblemet mellem lithiumanode og sulfidelektrolyt blev foreslået, og fælles strategier til at forbedre grænsefladeegenskaberne blev opsummeret. På nuværende tidspunkt er all-solid-state lithium-ion-batterier stadig langt fra kommerciel anvendelse og mangler fuldstændig grundlæggende teoretisk forskning og teknisk support. Derfor skal følgende spørgsmål stadig være opmærksomme i fremtidig forskning.

(1) Lithiumlegeringsanoder har fremragende lithiumlagringskapacitet og mere stabil ydeevne og har vist et stort potentiale til at løse lithiumanodedendritvækst og kortslutning, hvilket opnår høj energitæthed og langtidsstabile all-solid-state lithiumbatterier. Inden for faststof-batterier kan problemet med gentagen SEI-generering forårsaget af reaktionen af ​​legeringsmaterialer og flydende elektrolytter løses på grund af kontaktegenskaberne for faststof-grænsefladen. For bedre at kunne anvende legeringsanoder skal der udføres grundlæggende og anvendt arbejde for at øge forståelsen af ​​kemien, elektrokemien, mekaniske egenskaber og arbejdsmekanismen for legeringsanoder i faststofbatterier for at imødekomme efterspørgslen efter høj- kapacitet, langtidsstabile solid-state batterier. .

(2) Siliciumanoder kan maksimere energitætheden af ​​hel-faststof lithium-ion-batterier. Men fordi silicium har lav elektronisk ledningsevne, vil almindeligt anvendte kulstofledende midler accelerere nedbrydningen af ​​sulfidelektrolytter. Hvordan man regulerer siliciumanodens sammensætningsparametre, så den hverken påvirker elektrodens ledende bane eller forårsager nedbrydning af sulfidelektrolytten, er en stor udfordring, som siliciumanodefremstillingsprocessen står over for. Det er også en teknisk barriere for storskala industrialisering af siliciumanoder i sulfid-faststofbatterier.

(3) Problemerne med små reserver og høje priser på metallisk lithium skal også være opmærksomme i faktiske kommercielle applikationer. Selvom den metalliske lithiumanode er gavnlig for lithiumpletteringsprocessen, er den ikke en nødvendig komponent for at opnå elektrokemisk reaktion med lithiumplettering. Brugsbetingelserne for lithiummetal er ekstremt barske, og masseproduktionen af ​​lithiumbatterier vil medføre enorme sikkerhedsrisici. Derfor, for at reducere omkostningerne, forbedre sikkerheden og opnå ultimativ kommercialisering, er udviklingen af ​​all-solid-state lithiumbatterier uden lithiumanoder en forskningsretning. For eksempel giver forskningen i Ag-C kompositelektrode en god idé til det næste arbejde. Derudover har den grundlæggende arbejdsmekanisme og karakteristika for strømaftagere også brug for yderligere forskning for at forbehandle strømaftagere på en målrettet måde for at opnå højtydende hel-solid-state batterier uden negative elektroder.

Udviklingen af ​​negative elektrodematerialer inden for hel-solid-state batterier har stadig en lang vej at gå. Med uddybningen af ​​forskningen vil hel-solid-state batterier baseret på højenergi negative elektroder helt sikkert vise deres unikke fordele inden for sekundære batterier.