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?孫學良/王春生,最新AM綜述!

該文全面總結了基于無機SSE的全固態軟包電池的最新進展

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目前,全固態電池(ASSB)因其前所未有的安全性和高能量密度而引起了廣泛興趣,且在實現固態電解質(SSE)的高室溫離子電導率和良好空氣穩定性、緩解電極-電解質界面挑戰及開發可行制造工藝方面取得了重大進展。隨著基礎研究的進步,基于無機SSEs的全固態軟包電池已顯示出巨大的產業化潛力。
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在此,加拿大西安大略大學孫學良教授、美國馬里蘭大學王春生教授等人全面總結了基于無機SSE的全固態軟包電池的最新進展,并強調了制造其基本組件(如超薄SSE膜、片狀厚固態電極和雙極堆疊等)的各種挑戰。
首先,作者討論并比較分析了最先進的制造方法。接下來,為了促進ASSB的商業化并將基礎研究與實際應用聯系起來,作者對直接影響所有固態軟包電池能量密度的關鍵參數進行了數值研究,包括SSE厚度、活性材料含量和利用率、質量負載、固態電極的面積容量、N/P比和鋰金屬厚度等。此外,作者還提供了來實現能量密度目標的一組指標。最后,作者強調了實現全固態軟包電池的有前途方向和可行策略。通過這篇綜述,作者希望促進具有高能量密度和出色安全性的無機全固態軟包電池的開發。
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圖1. 制造薄無機SSE膜的各種策略
作者提出了未來應致力于的幾個有前景方向:
(1)開發薄而堅固的SSE膜。鋰離子導電聚合物可作為粘結劑用于SSE膜制備;應嘗試直接合成空氣穩定的SSEs或設計表面保護層來開發空氣穩定的SSEs膜;建議探索新的基于陰離子框架的超離子導體。
(2)制備高面容量厚固態電極。作為指導方針,應開發面容量為4~8 mAh cm-2且活性材料利用率高的厚固態電極。對依賴于擴散的固態電極,應開發室溫下具有高離子擴散率的快充電極材料。此外,應研究循環過程中活性材料體積變化對ASSBs性能的影響并確定最佳外部壓力。
(3)采用雙極堆疊。為實現多層全固態軟包電池,雙極板應對正負極都表現出優異穩定性。此外,金屬雙極板應耐受各種SSE。最后,應開發適合雙極堆疊ASSB的熱管理系統。
(4)優化ASSB運行壓力和寬溫度窗口。應檢查ASSB的低溫性能,未來還應確定制備和運行全固態軟包電池的最佳可行壓力。
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圖2. 實現全固態軟包電池的有前途方向和可行策略
Progress and Prospects of Inorganic Solid-State Electrolyte-Based All-Solid-State Pouch Cells, Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202209074

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