基于锂金属的固态硬盘的成本和设计考虑。a)基于锂金属的固态硬盘的典型架构。b)基于LLZO估计和材料成本，对与LIB竞争的SSB的估计成本预测。鉴于目前没有生产，加工成本不适用于“当前状态”。一种20米全致密LLZO固体电解质已被考虑用于估算目前的材料成本，单位为平方米。固态电池的固体电解质生产成本估算是基于参考的SOFC技术(7.5兆美元2)和假设大规模生产的价格为10-50千克1(或1-5兆美元2)的20兆理论密度LLZO电解质的加工成本14。b)聚合物隔板成本不包括处理微升量的液体电解质，约为22升1美元。辛特。烧结的。c)固态电解质的典型厚度范围为颗粒43、63、80、带110、111、湿化学50、88、101和真空沉积膜71、96。LAGP，锂铝锗PO4基硒。信用:Balaish等人固态电池(SSBs)是一种新兴的电池技术，具有高能量密度，可以与锂离子电池(LIBs)竞争，后者为当今市场上广泛的电子设备提供动力。与传统的LiB相比，固态电池有一种固体“陶瓷”基电解质，将电池内部的阳极和阴极分开。在一些电池中，这种设计允许使用锂作为阳极。在固态电池可以大规模商业化和实施之前，研究人员必须确定生产其单个组件的成本效益策略，并开发有前途的电池设计。麻省理工学院的研究人员写了一篇综述论文，总结了该领域的最新进展，概述了可用于未来固态电池设计的固体电解质和电解质/阴极串联的加工策略。
开展这项研究的研究人员之一莫兰·巴拉伊什(Moran Balaish)通过电子邮件告诉TechXplore，“由于过去的大多数研究都集中在颗粒型固体电解质上，因此目前对固态电解质的成本预测概述的75%的生产成本被大大高估了，因为它们是基于固体电解质加工的高温经典烧结技术。“因此，一些预测得出结论，如果成本是决定性因素，基于氧化物固体电解质的固态电解质成本很高，几乎无法与LIBs竞争。我们提供影响电池组装的低温制造选项，这表明研究人员不仅要报告和思考经典的Arrhenius输运Li+图和电化学稳定性窗口，还要报告和思考新的“热处理预算”"
在他们的论文中，鲁普和她的同事强调，现在有足够的机会在1-20微米的设计尺寸范围内低温制造陶瓷固态电解质薄膜。此外，他们认为现有的策略可以通过避免昂贵的共烧结策略来生产阴极和电解质，从而降低固态电池的生产成本。
鲁普解释说:“例如，如果人们在设计和制造基于SSB氧化物的电池时避免高温共烧结，这将允许使用更少的钴来生产阴极材料，这将有助于避免未来资源的地缘社会政治冲突。”。
未来，鲁普和她的同事讨论的替代共烧结策略可能会影响氧化物基锂基固态合金的竞争力。此外，它们可能为进一步研究电动汽车或便携式电子产品的低温固体电池铺平道路。
鲁普说:“到目前为止，学术界大多数基于实验室的研究选择制造烧结颗粒作为测试材料和组装电池的方式。“只有少数几个小组在研究替代方案，例如开发胶带和薄膜，以适应具有薄但坚固电解质的固态电池的现实和竞争设计。这有许多与该领域如何发展相关的历史原因，然而，烧结成球粒过于强烈地限制了所提及的钴还原阴极与不希望的形状因素和高工艺成本的结合，这是不利的，因为这些阴极材料中的更多在与电解质组分的高温共烧结中简单地(通过相图)不稳定。”
由鲁普和她的同事撰写的这篇综述论文最终传达了一个相当简单的信息。更具体地说，它强调了向合成固态电解质转变的好处，这种转变的方式能够实现与LiB中经典聚合物电解质相似的尺寸。据研究人员称，这种转变对于改善固态电池的结构和降低成本都是有价值的，同时也为非钴阴极的大规模集成开辟了新的可能性。
第一批作者之一胡安·卡洛斯·贡萨雷斯-罗西洛说:“令我们惊讶的是，即使在技术上需要具有薄而坚固的电解质的固态电池设计，但该领域仍然缺乏显示大多数阿伦尼乌斯图和电化学窗口的技术，这些图和电化学窗口是基于具有毫米级f型行为体的烧结颗粒的数据。
虽然一些研究强调了具有几微米厚部件的固态继电器的潜力，但迄今为止很少有团队提出大规模生产这些部件的有效策略。在他们的论文中，鲁普和她的同事根据过去几年收集的研究证据，提出了最终实现这一目标的方法。
“我们在论文中提出的一些问题是:哪些方法适合开发这些组件，重要的是，这些方法将如何影响热处理预算以降低成本，并提供避免阴极/电解质组件共烧结的选项？我们的审查是激励其他团队探索薄而坚固的固态硬盘替代制造方案以及固态硬盘电解液的一项微薄努力，”鲁普补充道。
在未来的研究中，研究人员计划专注于SSB发展的两个主要方面。首先，他们想概述各种其他策略，这些策略可用于处理固态继电器的阴极和电解质，而不依赖于共烧结工艺。
鲁普解释说:“与基于传统粉末到颗粒或胶带路线的工艺相比，这些工艺更具挑战性，也更耗时，因为在保持固体化学成分的化学计量的同时，存在巨大的参数场和最佳致密化方案。”。“然而，如果挑战得到解决，这些可以提供有价值的替代制造方式，从长远来看，这是集成更多钴还原阴极材料的大门。”
鲁普和她的同事们还计划开展新的研究，探索加快大规模开发和实施南南合作的方法。目前，在实验室环境中设计、开发和制造固态电解质估计平均需要10年以上。减少这些组件的尺寸因素可能需要额外的5-10年。这些时间非常长，突出了对更快处理技术的需求。
“在我们目前的研究中，我们探索并展望了陶瓷化合物及其化学物质的快速筛选和快速自动化处理，以测试性能并更快地迭代最佳制造路线至最佳状态，”鲁普说。“这并不像人们想象的那样简单，因为学术界通过粉末或烧结化合物的传统固态电池加工路线对于快速筛选和运行自动化回路来说有些复杂。我们希望通过具体的例子和对潜在方法的分析来支持我们的工作，这些方法更适合于快速循环和自动化，以寻求最佳处理条件，从而为未来的固态电池设计制造组件和电池。”
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