固態(tài)鋰金屬電池在克服鋰離子電池的理論限制方面顯示出巨大的前景，實現(xiàn)重量和體積能量密度分別高達500?Wh?kg^?1和1,000?Wh?l^?1。

雖然零鋰過量配置特別有吸引力，但充電時不均勻的鋰沉積會導致活性鋰損失，并隨之帶來庫侖效率的降低。

因此目前需要過量的鋰；然而，這會對能量密度產(chǎn)生負面影響，因此限制其厚度至關重要。

2024年12月11日，牛津大學Mauro Pasta教授在國際頂級期刊Nature Energy發(fā)表題為《Techno-economic assessment of thin lithium metal anodes for solid-state batteries》的研究論文，Matthew Burton為論文第一作者，Mauro Pasta教授為論文通訊作者。

Mauro Pasta，牛津大學教授。獲得意大利米蘭大學多個學位，曾在斯坦福大學從事博士后研究，師從崔屹。

Mauro Pasta教授的研究興趣集中在電化學能量存儲和轉換，主要包括1）儲能：鋰離子電池、鈉離子電池、電網(wǎng)規(guī)模儲能。2）能量轉換：鹽度梯度發(fā)電（藍色能量）、海水淡化和脫鋰。3）電催化：有機分子電氧化、ORR和HER反應、二氧化碳封存和電還原。

在這里，作者討論了實現(xiàn)鋰薄膜的各種技術的可行性，它們可以擴大到超級工廠生產(chǎn)所需的體積。

作者認為熱蒸發(fā)是解決這些挑戰(zhàn)的一種潛在的經(jīng)濟有效的途徑，并對使用該工藝制備薄而致密的鋰金屬箔相關的預計成本進行了技術經(jīng)濟評估。

最后，作者估算了使用熱蒸發(fā)鋰箔制成的固態(tài)電池組的成本。

圖1：鋰金屬負極厚度在固態(tài)電池中的分析

圖2：鋰金屬負極商業(yè)化生產(chǎn)方法的示意圖

圖3：已制備的（1.2米）和潛在的（3.0米）輥對輥（R2R）沉積基板寬度的比較

圖4：不同生產(chǎn)成本變化對生產(chǎn)成本及其成本比例的影響

圖5：純化鋰和電力價格對17微米鋰金屬負極生產(chǎn)成本的綜合影響

圖6：熱蒸發(fā)鋰金屬負極生產(chǎn)成本的全球技術經(jīng)濟分析

圖7：液態(tài)和固態(tài)電池的原材料及組裝包裝成本

綜上，作者對固態(tài)鋰電池中薄鋰金屬負極的技術經(jīng)濟性進行了評估，探討了實現(xiàn)高能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性所需的鋰金屬負極厚度和制備成本。

研究發(fā)現(xiàn)，通過熱蒸發(fā)技術制備約17微米厚的鋰金屬負極是實現(xiàn)1000 Wh L^?1能量密度的關鍵，且在西歐電力價格下的生產(chǎn)成本為每平方米4.30美元，相較于傳統(tǒng)石墨負極的成本有所增加，但考慮到固態(tài)電池的安全性、快速充電和高能量密度的優(yōu)勢，這一成本增加是合理的。

這項研究為固態(tài)電池的商業(yè)化提供了重要的經(jīng)濟數(shù)據(jù)支持，并指出了降低成本和提高電池性能的潛在途徑，對推動固態(tài)電池技術的發(fā)展和應用具有重要意義。

Burton, M., Narayanan, S., Jagger, B.et al.?Techno-economic assessment of thin lithium metal anodes for solid-state batteries.?Nat Energy?(2024).