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目前，全固態(tài)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(shí)現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)（SSE）的高室溫離子電導(dǎo)率和良好空氣穩(wěn)定性、緩解電極-電解質(zhì)界面挑戰(zhàn)及開發(fā)可行制造工藝方面取得了重大進(jìn)展。隨著基礎(chǔ)研究的進(jìn)步，基于無(wú)機(jī)SSEs的全固態(tài)軟包電池已顯示出巨大的產(chǎn)業(yè)化潛力。

在此，加拿大西安大略大學(xué)孫學(xué)良教授、美國(guó)馬里蘭大學(xué)王春生教授等人全面總結(jié)了基于無(wú)機(jī)SSE的全固態(tài)軟包電池的最新進(jìn)展，并強(qiáng)調(diào)了制造其基本組件（如超薄SSE膜、片狀厚固態(tài)電極和雙極堆疊等）的各種挑戰(zhàn)。

首先，作者討論并比較分析了最先進(jìn)的制造方法。接下來(lái)，為了促進(jìn)ASSB的商業(yè)化并將基礎(chǔ)研究與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，作者對(duì)直接影響所有固態(tài)軟包電池能量密度的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值研究，包括SSE厚度、活性材料含量和利用率、質(zhì)量負(fù)載、固態(tài)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(lái)實(shí)現(xiàn)能量密度目標(biāo)的一組指標(biāo)。最后，作者強(qiáng)調(diào)了實(shí)現(xiàn)全固態(tài)軟包電池的有前途方向和可行策略。通過(guò)這篇綜述，作者希望促進(jìn)具有高能量密度和出色安全性的無(wú)機(jī)全固態(tài)軟包電池的開發(fā)。

圖1. 制造薄無(wú)機(jī)SSE膜的各種策略

作者提出了未來(lái)應(yīng)致力于的幾個(gè)有前景方向：

（1）開發(fā)薄而堅(jiān)固的SSE膜。鋰離子導(dǎo)電聚合物可作為粘結(jié)劑用于SSE膜制備；應(yīng)嘗試直接合成空氣穩(wěn)定的SSEs或設(shè)計(jì)表面保護(hù)層來(lái)開發(fā)空氣穩(wěn)定的SSEs膜；建議探索新的基于陰離子框架的超離子導(dǎo)體。

（2）制備高面容量厚固態(tài)電極。作為指導(dǎo)方針，應(yīng)開發(fā)面容量為4~8 mAh cm^-2且活性材料利用率高的厚固態(tài)電極。對(duì)依賴于擴(kuò)散的固態(tài)電極，應(yīng)開發(fā)室溫下具有高離子擴(kuò)散率的快充電極材料。此外，應(yīng)研究循環(huán)過(guò)程中活性材料體積變化對(duì)ASSBs性能的影響并確定最佳外部壓力。

（3）采用雙極堆疊。為實(shí)現(xiàn)多層全固態(tài)軟包電池，雙極板應(yīng)對(duì)正負(fù)極都表現(xiàn)出優(yōu)異穩(wěn)定性。此外，金屬雙極板應(yīng)耐受各種SSE。最后，應(yīng)開發(fā)適合雙極堆疊ASSB的熱管理系統(tǒng)。

（4）優(yōu)化ASSB運(yùn)行壓力和寬溫度窗口。應(yīng)檢查ASSB的低溫性能，未來(lái)還應(yīng)確定制備和運(yùn)行全固態(tài)軟包電池的最佳可行壓力。

圖2. 實(shí)現(xiàn)全固態(tài)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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