Continuando con el artículo anterior.

Progresos recientes en el ánodo para baterías de litio de estado sólido basadas en sulfuro

—— Parte 2 otros ánodos

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

1. Escuela de Ingeniería Mecánica, Universidad Jiao Tong de Shanghai, Shanghai 200241, China

2. Shanghai Yili Nueva Tecnología Energética Co., LTD. , Shanghái 201306, China

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Ánodo de aleación de litio

Debido a las graves reacciones secundarias interfaciales, es difícil utilizar litio puro directamente en electrolitos sólidos de sulfuro a corto plazo, por lo que los materiales de aleación de litio proporcionan una opción más atractiva. En comparación con los ánodos de litio metálicos, los ánodos de aleación de litio pueden mejorar la humectabilidad de la interfaz, inhibir la aparición de reacciones secundarias en la interfaz, mejorar la estabilidad química y mecánica de la interfaz del electrolito sólido y evitar cortocircuitos causados ​​por el crecimiento de dendritas de litio. Al mismo tiempo, en comparación con las baterías de iones de litio líquidos, los ánodos de aleación pueden mostrar una mayor densidad de energía y una mejor estabilidad en las baterías de estado sólido. Sin embargo, los electrodos negativos de aleación sufrirán cambios estructurales y de mayor volumen durante la carga y descarga (como la aleación Li-Si, la aleación Li-Sn, etc.), por lo que se necesita más investigación sobre el desarrollo y la aplicación de materiales de aleación. Entre varias aleaciones de litio, la aleación Li-In es popular a escala de laboratorio debido a su mejor ductilidad mecánica y su potencial redox constante (0,62 V frente a Li+/Li) en un amplio rango estequiométrico. Las aleaciones de Li-In generalmente se consideran materiales termodinámica y cinéticamente estables para electrolitos de sulfuro. Se utiliza ampliamente en laboratorios para probar el rendimiento de electrolitos o materiales catódicos, al tiempo que muestra una buena estabilidad del ciclo en condiciones de baja corriente y baja carga. Sin embargo, el potencial redox y el peso molecular de la aleación Li-In son altos, lo que reduce en gran medida la ventaja de densidad de energía de las baterías de iones de litio de estado sólido. Generalmente, los estudios creen que no hay crecimiento de dendritas de litio en las aleaciones de Li-In. Sin embargo, Luo et al. realizó pruebas de carga y descarga en baterías de estado sólido Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 bajo alta densidad de corriente (3,8 mA·cm-2) y alta carga (4 mA·h·cm-2). Se descubrió que la batería tenía un cortocircuito después de aproximadamente 900 ciclos. La batería mantuvo una capacidad de ciclo estable y casi un 100% de eficiencia Coulombic durante los ciclos de carga y descarga de hasta 890 ciclos, pero la capacidad comenzó a disminuir rápidamente después de 891 ciclos, cayendo a cerca de 0 en el ciclo 897. La curva de voltaje de carga y descarga relevante de la batería desde el ciclo 891 al 897, en el que la capacidad de carga aumenta gradualmente, mientras que la capacidad de descarga correspondiente disminuye. En el ciclo 897, la batería continúa cargándose y la capacidad continúa aumentando, acompañado de una tasa de aumento de voltaje más baja, lo que indica la aparición de un cortocircuito interno y una falla de la batería. El mecanismo de crecimiento de las dendritas de Li-In se reveló mediante SEM, XPS y otras caracterizaciones y simulación AIMD. Indica que en condiciones de alta corriente y alta carga. Metallic In es termodinámica y cinéticamente inestable a los electrolitos de sulfuro. Los cambios de volumen y ligeras reacciones interfaciales inducen el crecimiento de dendritas de Li-In, lo que en última instancia provoca fallas de la batería durante ciclos largos. A diferencia del crecimiento vertical de las dendritas de litio, el modo de crecimiento de las dendritas de Li-In es el crecimiento lateral a lo largo de los poros y los límites de los granos. La tasa de crecimiento es lenta y causa poco daño a la estructura del electrolito de sulfuro (Figura 6). Por lo tanto, el crecimiento de dendritas de Li-In se puede suprimir mejorando la estabilidad electroquímica del electrodo metálico/electrolito sólido y reduciendo la porosidad del electrolito.

Fig.6 Evolución de la interfaz cíclica antes y después de la celda Li-In|LPSCl|LNO@NCM622

 

Al tiene las ventajas de alta ductilidad, altas reservas y alta conductividad electrónica. Tiene una alta capacidad teórica específica (990 mA·h·g-1) y una pequeña tasa de expansión de volumen (96%) entre los materiales de aleación de litio. Es uno de los materiales de ánodo de batería de litio de estado sólido más prometedores. Como se muestra en la Figura 7 (a), Pan et al. Se preparó un electrodo negativo de aleación de Li-Al sin aglutinante ni agente conductor (Li0,8Al, capacidad específica 793 mA·h·g-1, 0,35 V frente a Li+/Li). Tiene buena compatibilidad con el electrolito LGPS. Esto se debe al hecho de que el potencial de trabajo del ánodo de aleación Li-Al preparado está dentro de la ventana de estabilidad electroquímica real del LGPS [Fig. 7(b)]. Al evitar que el electrolito se reduzca y descomponga, la batería de estado sólido ensamblada mostró una excelente reversibilidad, con una tasa de retención de capacidad de hasta el 93,29 % en 200 ciclos. Bajo la condición de una relación N/P de 1,25, la densidad de energía de la batería alcanzó 541 W·h·kg-1, lo que demuestra que la aleación Li-Al tiene excelentes perspectivas de aplicación.

Fig.7 Esquemas del ánodo de aleación Li-Al en ASSLB

Sakuma y cols. estudiaron la combinación de la aleación Li-Sn, la aleación Li-Si y el electrolito Li4-x Ge1-x P x S4, y observaron una menor resistencia de la interfaz y un mayor potencial redox. Hashimoto et al. utilizó un molino de bolas de alta energía para preparar una serie de Li4.4Ge x Si1-x (x = 0 ~ 1.0). Entre ellos, Li4.4Ge0.67Si0.33 muestra la mayor capacidad específica (190 mA·h·g-1) y tiene buena reversibilidad de carga y descarga. Parque y col. utilizó un molino de bolas mecánico para mezclar y moler polvo de litio y polvo de silicio para preparar la aleación Li4.4Si, el electrodo positivo Li4Ti5O12 y el electrolito Li2S-P2S5 para ensamblar una batería de litio de estado sólido. El estudio encontró que el rendimiento de la batería mejoró significativamente después del fresado secundario de bolas de la aleación Li-Si, es decir, la reducción en el tamaño de las partículas de la aleación de litio-Si contribuyó a la deposición y eliminación uniforme del litio durante el proceso. proceso de carga y descarga.

 

También se pueden utilizar películas de aleación de litio como medio para estabilizar la interfaz del electrodo negativo. Choi et al. utilizaron un método de laminación simple para combinar Ag con un espesor de 10 μm y Li con un espesor de 150 μm y luego aplicaron presión externa para obtener una película de aleación Li-Ag. El alto contenido de Ag forma fácilmente una interfaz estable con el electrolito de sulfuro e inhibe el crecimiento de dendritas de litio. Además, la pequeña cantidad restante de Ag que no forma la aleación Li-Ag participa en la reacción de la solución sólida con Li, lo que alivia el crecimiento desigual del litio. La batería de estado sólido ensamblada mostró una retención de capacidad del 94,3% en 140 ciclos y también pudo realizar ciclos de manera estable a una alta velocidad de 12 C. La investigación de Kato et al. descubrieron que insertar una película de Au en la interfaz del electrolito Li/Li3PS4 puede prevenir la formación de huecos después de la disolución inicial del litio y aumentar los sitios de deposición de Li, lo que ayuda a mejorar la reversibilidad de la batería. Además, la disolución de la película de Au en litio metálico puede ser una razón para mejorar el rendimiento electroquímico de la interfaz del electrodo negativo. Las celdas Li-simétricas con una película de Au insertada en la interfaz Li/Li3PS4 pueden funcionar de manera estable a alta densidad de corriente (1,3 mA·cm-2) y capacidad de área grande (6,5 mA·h·cm-2) sin cortocircuito. La batería de estado sólido Li/Au/Li3PS4/LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 ensamblada tiene un ciclo de vida de más de 200 veces con una alta densidad de corriente de 2,4 mA·cm-2.

 

Ánodo de silicio

El Si se considera uno de los materiales anódicos más prometedores debido a su capacidad específica teórica ultraalta (4200 mA·h·g-1), altas reservas, bajo costo, respeto al medio ambiente, no toxicidad y bajo potencial operativo de 0,4 V. La investigación sobre la aplicación de ánodos de Si en baterías líquidas de iones de litio se ha desarrollado durante más de treinta años y sigue siendo muy popular. Recientemente, a medida que las baterías de litio totalmente sólidas han entrado en el campo de la investigación energética, se ha comenzado a trabajar para convertir la tecnología de silicio bien desarrollada de sistemas de baterías de iones de litio líquidos a sistemas de baterías totalmente de estado sólido. Sin embargo, en comparación con la investigación sobre el desarrollo de ánodos de silicio de alta capacidad para baterías líquidas de iones de litio, aunque hay pocos informes sobre la aplicación de ánodos de silicio basados ​​en baterías de estado sólido de sulfuro, los resultados demostrados siguen siendo bastante importantes. Sin embargo, el ánodo de Si tiene una baja conductividad electrónica (1,56×10-3 S·m-1), un bajo coeficiente de difusión de iones de litio (10-14～10-13 cm2·S-1) y una gran expansión de volumen (Li4.4Si). es aproximadamente 360%) y otras desventajas, lo que limita su alcance de aplicación. La razón por la que falla el electrodo negativo de Si en la batería se debe generalmente a la gran expansión de volumen del Si durante el proceso de litiación/delitiación, que provoca formación de polvo, grietas y enormes tensiones, y produce una serie de graves consecuencias destructivas. Por ejemplo: (1) Deterioro de la integridad estructural del electrodo debido al aplastamiento repetido durante la descarga/carga. (2) Desconexión entre el electrodo y el colector de corriente causada por tensión interfacial. (3) Los iones de litio se consumen continuamente durante el proceso continuo de formación-destrucción-reformación de la capa SEI.

Actualmente, los métodos comúnmente utilizados para optimizar los ánodos de silicio para baterías de litio de estado sólido incluyen control de tamaño (nanosilicio), diseño estructural, ánodos de película delgada, aleaciones, aplicación de presión, ánodos compuestos con aglutinantes/materiales conductores avanzados (como Si -Cánodos), etc. Sakabe et al. utilizaron pulverización catódica con magnetrón para preparar ánodos de silicio amorfo poroso y no poroso, y los combinaron con electrolito 80Li2S·20P2S5 para realizar pruebas de capacidad de ciclo. Después de 100 ciclos, la película de silicio amorfo no poroso de 3,00 µm de espesor solo mostró aproximadamente un 47% de capacidad en relación con el décimo ciclo. La película de silicio amorfo poroso de 4,73 µm muestra una capacidad de litiación de hasta 3000 mA·h·g-1. Después de 100 ciclos, la tasa de retención de capacidad en comparación con el décimo ciclo supera el 93%. Muestra que la estructura porosa puede mejorar eficazmente la estabilidad del ciclo de la batería. Okuno et al. aplicaron el ánodo compuesto de silicio poroso a una batería de estado sólido con electrolito Li3PS4 y mostraron una alta tasa de retención de capacidad de más del 90% en 100 ciclos. Esto se debe a que los poros de las partículas de silicio resuelven los enormes cambios de volumen durante la litiación y la delitiación, mejorando la estabilidad del ciclo. Por el contrario, la estabilidad del ciclo de los ánodos de silicio no porosos comerciales es pobre y la tasa de retención de capacidad en 100 ciclos es sólo del 20% o incluso menor. Poetke et al. informó que los nanomateriales vacíos compuestos de silicio y carbono se utilizaron como electrodos negativos para baterías de iones de litio de estado sólido y se aplicaron con éxito a baterías completas de Si-C|Li6PS5Cl|NCM. El compuesto nanoestructurado de Si-C utilizado en el estudio proporciona una brecha entre las nanopartículas de silicio (SiNP) y una capa exterior de carbono. La cubierta de carbono puede compensar eficazmente los cambios de volumen de silicio, mejorando el rendimiento electroquímico en comparación con los SiNP desnudos.

En los últimos años, la comunidad académica ha logrado avances en repetidas ocasiones en la investigación de ánodos de silicio puro. En 2020, Cangaz et al. informaron de un ánodo de silicio columnar preparado mediante un proceso PVD y combinado con un electrolito Li6PS5Cl y un cátodo LiNi0,9Co0,05Mn0,05O2 para preparar una batería totalmente de estado sólido con una alta capacidad específica (210 mA·h·g-1 ). El ánodo de silicio columnar ha sido sometido a ciclos estables durante más de 100 veces bajo una alta carga de 3,5 mA·h·cm-2, con una eficiencia Coulombic de hasta 99,7%~99,9%. Durante el ciclo, la estructura columnar de silicio exhibe un efecto de respiración unidimensional similar al ánodo de litio en la dirección vertical. Esta respiración unidimensional puede compensarse mediante la porosidad intrínseca de la estructura columnar de silicio y la presión externa de la pila, formando un SEI bidimensional estable. Al mismo tiempo, la presión de la chimenea (20 MPa) también suprime la deslaminación del silicio columnar y del colector de corriente. En comparación con los ánodos de litio metálicos, este ánodo de silicio columnar elimina el riesgo de dendritas de litio, cortocircuitos y pérdida de litio muerto. En 2021, Tan et al. informó un ánodo de silicio puro de Si (μ-Si) comercial de grado micrométrico al 99,9,9% (masa). El área de contacto de la interfaz entre el electrodo negativo y el electrolito Li6PS5Cl es un plano bidimensional, incluso si se produce expansión de volumen durante la carga y descarga. Sin embargo, el plano bidimensional todavía se conserva y no se forma ninguna nueva interfaz. La aleación Li-Si formada por el electrodo negativo μ-Si litiado tiene propiedades químicas y mecánicas únicas, lo que aumenta el área de contacto entre el electrodo negativo y el electrolito [Figura 8 (a)]. La batería de litio de estado sólido ensamblada con electrolito μ-Si, Li6PS5Cl y NCM811 puede funcionar de manera estable dentro de una alta densidad de corriente superficial (5 mA·cm-2) y un amplio rango de temperatura (-20~80 ℃). Tiene una tasa de retención de capacidad del 80% después de 500 ciclos estables y una eficiencia Coulombic promedio del 99,95% [Figura 8(b)], que es el mejor rendimiento de las baterías de estado sólido de microsilicio reportadas hasta ahora. Vale la pena mencionar que el ánodo μ-Si sufre ciclos de alta densidad de corriente sin materiales de carbono conductores, lo que suprime eficazmente la descomposición del electrolito de sulfuro. Proporciona nuevas ideas sobre los efectos adversos del carbono en los electrodos compuestos de Si-C en el pensamiento convencional. En 2022, Cao et al. preparó un electrodo negativo compuesto compuesto por partículas de nanosilicio (nm-Si), carbono conductor y Li6PS5Cl mediante molienda de bolas. El electrodo negativo compuesto tiene una buena conductividad electrónica y de iones en su interior, lo que puede reducir eficazmente la densidad de corriente local e inhibir la generación de dendritas de litio en la superficie del electrodo negativo. Se combina con un material catódico monocristalino NMC811 recubierto mediante un método sol-gel. Usando una película de Li6PS5Cl con un espesor de 47 μm como electrolito, Se obtuvo una batería de litio totalmente sólida con una densidad energética de hasta 285 W·h·kg-1. La batería llena alcanzó una alta capacidad de 145 mAh·h·g-1 en C/3 durante 1000 ciclos estables. El ánodo compuesto de silicio muestra la perspectiva de una fabricación a gran escala, reduce significativamente los costos y proporciona una dirección para la comercialización de baterías de litio totalmente de estado sólido. A diferencia del concepto de diseño del electrodo negativo de Tan, este electrodo negativo compuesto no solo agrega electrolito sino que también agrega agente conductor de carbono. La razón es que, en comparación con μ-Si, el nm-Si tiene un área superficial mayor, hay más límites en el ánodo de silicio y generalmente hay una capa de SiO en la superficie del nm-Si. Por lo tanto, la conductividad eléctrica es generalmente 3 órdenes de magnitud menor que la del μ-Si, lo que dificulta la conducción de electrones durante la carga y descarga. Los experimentos muestran que durante el proceso de eliminación de litio de este ánodo de nm-Si, el electrolito sólo se descompone ligeramente y no se producen dendritas de litio. Basado en el sistema anterior, Cao et al. propuso una arquitectura de batería con un diseño de pila bipolar. Las celdas individuales están conectadas en serie a través de un colector de corriente para reducir el uso de materiales inactivos, logrando así una mayor densidad de energía. Más específicamente, una batería de litio de estado sólido apilada de doble capa hecha de monocristales de interfaz estable LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2, Li6PS5Cl y nm-Si sirven como electrodo positivo, electrolito y electrodo negativo respectivamente, proporcionando un alto voltaje de 8,2 V. La densidad de energía a nivel de batería es de 204 W·h·kg-1, que es superior a los 189 W·h·kg-1 de una sola batería. Este diseño apilado bipolar tiene una buena importancia de referencia para todo el campo de baterías de estado sólido. logrando así una mayor densidad energética. Más específicamente, una batería de litio de estado sólido apilada de doble capa hecha de monocristales de interfaz estable LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2, Li6PS5Cl y nm-Si sirven como electrodo positivo, electrolito y electrodo negativo respectivamente, proporcionando un alto voltaje de 8,2 V. La densidad de energía a nivel de batería es de 204 W·h·kg-1, que es superior a los 189 W·h·kg-1 de una sola batería. Este diseño apilado bipolar tiene una buena importancia de referencia para todo el campo de baterías de estado sólido. logrando así una mayor densidad energética. Más específicamente, una batería de litio de estado sólido apilada de doble capa hecha de monocristales de interfaz estable LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2, Li6PS5Cl y nm-Si sirven como electrodo positivo, electrolito y electrodo negativo respectivamente, proporcionando un alto voltaje de 8,2 V. La densidad de energía a nivel de batería es de 204 W·h·kg-1, que es superior a los 189 W·h·kg-1 de una sola batería. Este diseño apilado bipolar tiene una buena importancia de referencia para todo el campo de baterías de estado sólido.

Fig.8 Caracterización interfacial y rendimiento cíclico entre el ánodo µ-Si y Li6PS5Cl en los ASSLB

 

La Tabla 1 resume las soluciones para la interfaz electrolito sólido/ánodo de sulfuro y las ventajas y desventajas correspondientes.

Tabla 1 Abordar estrategias de problemas interfaciales entre ánodos y electrolitos de estado sólido a base de sulfuro

 

Otros ánodos

Electrodo negativo de carbono plateado.

Lee y cols. informó un diseño de batería totalmente de estado sólido utilizando una capa intermedia de plata-carbono (Ag/C) [Figura 9(a)]. Este diseño de capa intermedia regula eficazmente el proceso de deposición de litio, y se observan fenómenos de deposición y extracción de litio altamente reversibles entre la capa de Ag/C y el colector de corriente. Entre ellos, el C se utiliza para separar el electrolito Li6PS5Cl del litio metálico depositado, lo que no sólo evita la reducción del electrolito sino que también previene la generación de dendritas de litio. Ag puede reducir la energía de nucleación del litio metálico para formar una aleación Ag-Li. Parte del Ag se mueve hacia la superficie del colector de corriente para formar una solución sólida con litio metálico, promoviendo la deposición uniforme de litio. Después de la descarga, la capa de litio metálico se disuelve completamente, mientras que Ag permanece entre el colector de corriente y la capa de Ag-C. Este diseño puede adaptarse al cambio de volumen del litio metálico durante el ciclo, reducir la densidad de corriente local del ánodo de litio y mejorar la estabilidad del ciclo. Como se muestra en la Figura 9(b), la batería de bolsa ensamblada (0,6 A·h) exhibe una alta densidad de energía (superior a 900 W·h·L-1) a 60 °C. Eficiencia coulómbica estable superior al 99,8%. Vida útil prolongada (1000 ciclos). Proporciona nuevas ideas para la aplicación comercial de baterías de litio de estado sólido.

 

Fig.9 Estructura y rendimiento cíclico para ASSLB a base de sulfuro utilizados con ánodo Ag-C

Grafito

Entre los diversos materiales de ánodos intercalados para baterías de iones de litio, el grafito es el material de mayor éxito comercial debido a su bajo costo, grandes reservas y largo ciclo de vida. Sin embargo, en el campo de las baterías de estado sólido, el grafito no se ha convertido en el foco de selección del material del electrodo negativo debido a su capacidad teórica limitada. En los primeros informes, el grafito se utilizaba a menudo como material anódico para electrolitos sólidos de sulfuro recién sintetizados. La investigación posterior se centró en el mecanismo de funcionamiento básico del grafito en ASSLB de sulfuro para optimizar el diseño y la fabricación de electrodos. En investigaciones recientes, el grafito se utiliza a menudo como marco para materiales anódicos de alta energía, proporcionando integridad estructural y conductividad eléctrica. Sin embargo, otros electrodos negativos actuales, como el litio y el silicio, todavía tienen problemas como alto costo, gran tasa de expansión de volumen y ciclo inestable. Por lo tanto, el grafito, como material de bajo costo, grandes reservas, alto grado de comercialización y alta estabilidad, puede desempeñar un papel importante en el desarrollo del proceso de baterías totalmente de estado sólido en las primeras etapas. Es necesario optimizar continuamente la capacidad disponible de grafito.

 

Pretratamiento del colector de corriente

Las baterías de iones de litio sin ánodo ensamblan el colector de corriente directamente con la batería sin agregar exceso de litio, donde el litio metálico se forma mediante la reducción de iones de litio en el colector de corriente del revestimiento del cátodo completamente litiado durante el primer ciclo de carga. Este concepto se ha estudiado ampliamente en el campo de las baterías de iones de litio y algunos equipos han extendido este diseño a baterías de litio totalmente de estado sólido. Gu et al. grabó la superficie del colector de corriente de acero inoxidable (SSCC) en diversos grados, lo combinó con electrolito sólido Li5.5PS4.5Cl1.5 y realizó ciclos electrostáticos utilizando una configuración de batería asimétrica (lámina de litio | lámina de acero inoxidable). Los resultados experimentales muestran que diferentes rugosidades del SSCC tienen un mayor impacto en el rendimiento de la batería. Las baterías totalmente de estado sólido ensambladas con SSCC con una rugosidad de 180 nm tienen un mejor rendimiento del ciclo electroquímico que las baterías con una rugosidad de sólo 20 nm. Esto se debe a que la superficie rugosa aumenta los puntos de contacto entre el electrolito y el colector de corriente, proporcionando múltiples puntos de reacción y permitiendo la deposición uniforme de litio en la interfaz. Sin embargo, cuando la rugosidad de la superficie supera los 500 nm, la superficie muy rugosa hace que los iones de litio apenas alcancen los puntos de contacto limitados en el fondo grabado del colector de corriente. Esto reduce la precipitación de litio y muestra un peor rendimiento. Este fenómeno no ocurre en baterías líquidas. Esto muestra que la interacción entre el electrolito sólido y el colector de corriente es significativamente diferente a la del electrolito líquido. Es necesario explorar más a fondo el mecanismo de trabajo básico y las características antes de poder llevar a cabo el diseño del colector de corriente de la batería de estado sólido sin electrodos negativos.

Resumen y perspectivas

Con la aparición de LGPS con alta conductividad iónica, la investigación sobre baterías de iones de litio de estado sólido y sulfuro ha aumentado considerablemente. Entre ellos, la selección de materiales anódicos y la solución de problemas de interfaz se han convertido en uno de los focos de investigación. Muchos académicos han resumido exhaustivamente el progreso de la investigación sobre la interfaz ánodo de litio/electrolito de sulfuro. Este artículo proporciona una descripción general sistemática de los principales materiales anódicos para baterías de litio de estado sólido basadas en electrolitos de sulfuro, como litio metálico, aleaciones de litio y ánodos de silicio. Se propuso el problema de la interfaz entre el ánodo de litio y el electrolito de sulfuro y se resumieron estrategias comunes para mejorar las propiedades de la interfaz. En la actualidad, las baterías de iones de litio de estado sólido todavía están lejos de tener una aplicación comercial y carecen de una investigación teórica básica completa y de soporte técnico. Por lo tanto, en futuras investigaciones aún es necesario prestar atención a las siguientes cuestiones.

(1) Los ánodos de aleación de litio tienen una excelente capacidad de almacenamiento de litio y un rendimiento más estable, y han demostrado un gran potencial para resolver el crecimiento de dendritas y los cortocircuitos de los ánodos de litio, logrando una alta densidad de energía y baterías de litio de estado sólido estables a largo plazo. En el campo de las baterías totalmente de estado sólido, debido a las características de contacto de la interfaz sólido-sólido, se puede resolver el problema de la generación repetida de SEI causada por la reacción de materiales de aleación y electrolitos líquidos. Para aplicar mejor los ánodos de aleación, es necesario realizar trabajos básicos y aplicados para aumentar la comprensión de la química, la electroquímica, las propiedades mecánicas y el mecanismo de trabajo de los ánodos de aleación en baterías de estado sólido, a fin de satisfacer la demanda de alta- Capacidad, baterías de estado sólido estables a largo plazo. .

(2) Los ánodos de silicio pueden maximizar la densidad de energía de las baterías de iones de litio de estado sólido. Sin embargo, debido a que el silicio tiene una baja conductividad electrónica, los agentes conductores de carbono comúnmente utilizados acelerarán la descomposición de los electrolitos de sulfuro. Cómo regular los parámetros de composición del ánodo de silicio para que no afecte la trayectoria conductora del electrodo ni provoque la descomposición del electrolito de sulfuro es un desafío importante al que se enfrenta el proceso de preparación del ánodo de silicio. También es una barrera técnica para la industrialización a gran escala de ánodos de silicio en baterías de estado sólido de sulfuro.

(3) También es necesario prestar atención a los problemas de las pequeñas reservas y el alto precio del litio metálico en las aplicaciones comerciales reales. Aunque el ánodo de litio metálico es beneficioso para el proceso de revestimiento de litio, no es un componente necesario para lograr el revestimiento de litio por reacción electroquímica. Las condiciones de uso del litio metálico son extremadamente duras y la producción en masa de baterías de litio traerá enormes riesgos para la seguridad. Por lo tanto, para reducir costos, mejorar la seguridad y lograr la comercialización definitiva, el desarrollo de baterías de litio de estado sólido sin ánodos de litio es una dirección de investigación. Por ejemplo, la investigación sobre electrodos compuestos Ag-C proporciona una buena idea para el próximo trabajo. Además, el mecanismo de trabajo básico y las características de los colectores de corriente también necesitan más investigación para pretratarlos de manera específica para obtener baterías de estado sólido de alto rendimiento sin electrodos negativos.

El desarrollo de materiales de electrodos negativos en el campo de las baterías de estado sólido todavía tiene un largo camino por recorrer. Con la profundización de la investigación, las baterías totalmente de estado sólido basadas en electrodos negativos de alta energía definitivamente mostrarán sus ventajas únicas en el campo de las baterías secundarias.