Nature Energy：固态电池产业化有多难？
迄今为止，锂离子电池 (LIB) 是电化学储能领域无可争议的技术，因为它们具有高能量和功率密度、出色的循环性和可靠性。如果没有具有成本效益的 LIB 电池大规模生产以及它们不断增长的性能，最近推动车辆电气化是不可能的。然而，由于 LIB 的性能将接近极限。作为更现实的进步之一，固态电池 (SSB) 最近成为一种潜在的后续技术，由于双极堆叠的可能性、锂金属或硅阳极和预计更高的设备安全性。此外，固态电解质 (SEs) 可以防止电极串扰，即溶解的活性材料之间不需要的化学相互作用，这将消除 LIB 长期不稳定的一个原因。
此外，无机 SE 的高锂离子迁移数约为 1，因此可以在没有电解质极化的情况下实现非常快的充电能力，这确实会导致高预计功率密度。
然而，任何商业可行性都在很大程度上取决于各种参数，例如比容量和功率方面的存储性能、安全性以及最终的成本和材料资源。
最近的计算表明，即使在电池级别——不仅包括所有内部电池组件，如材料、粘结剂和集流体，还包括外壳、电极和垫圈——SSB 也有可能取代 LIB。例如，基于 NCA (LiNi0.8Co0.15Al0.05O2) 与石墨的 LIB 分别达到了 265 Wh kg-1 和 635 Wh l-1 的比能量和能量密度。相比之下，基于 NCA 与锂金属的 SSB 理论上可能分别达到 393 Wh kg-1 和 1,143 Wh l-1。SSB 技术的潜力很有吸引力，三星、Solid Power、QuantumScape 和丰田等公司都报告了重大进展。然而，LIB 是一个移动的目标，除了电化学考虑之外的工程问题以及成本肯定会主导任何商业开发。
全球范围内最近的快速研究使人们更好地了解了过去十年中电池固态化的主要挑战。首先，这些包括固态复合电极（特别是阴极）的理解、设计和制备，这些电极需要最小的堆叠压力才能稳定长期运行。理想情况下，此压力低于 0.1 MPa，但几MPa在技术上也是可以接受的。第二，开发稳定的高倍率和高容量负极，例如基于锂金属或硅。第三，SEs 的设计在厚且优化的阴极结构中提供非常高（有效）的离子电导率，以及足够的稳定性和低成本。第四，活性材料和SE之间的长期稳定和低电阻界面。第五，可能更具可持续性的方法，例如基于钠和基于硫转化的 SSB。此外，结合固态和液体或凝胶-聚合物电解质的“混合”概念的兴起变得重要，允许扩大规模和低成本生产的需求也变得重要。
一、复合材料传输和化学力学是关键
图 1 显示了典型 SSB 的通用方案，其中总结了用于最相关电池配置的各种潜在材料。我们假设——根据之前的分析——阴极将决定面积容量和比能量（以及能量密度）。隔膜需要尽可能薄，只要它仍然保持其功能。一旦可以应用高容量阳极，阳极也将相对较薄，而阴极将主导电池设计。固态电极复合材料的适当功能是 SSB 概念成功的关键。随着锂的提取和结合，以及（大部分）过渡金属离子的还原和氧化，活性材料在电池循环过程中膨胀和收缩。即使是很小的体积变化也会导致活性材料颗粒和 SE 颗粒之间的巨大应变和相应的局部应力。尽管氧化物基 SSB 的体积变化问题较小，但在性能良好的硫化物基 SSB 中，需要考虑离子导体和活性材料之间粒子接触的要求，因为任何化学机械体积变化都会产生严重的局部反响。
事实上，由于活性材料的体积变化导致的接触损失和微观结构开裂是需要外部压力（堆叠压力）以确保具有陶瓷 SE的 SSB 连续运行的主要原因。电池组为电池堆积压力力提供了严格的上限，这是成功设计 SSB 电池的最关键限制之一。
图 1 |广义锂 SSB 电池概念。当今与阳极、SE 和阴极最相关的材料，表明它们在能量密度和功率密度方面对电池性能的主要影响。
二、对设计的高性能固态电解质的需求
目前的 LIB 使用锂离子电导率约为每厘米几毫西门子的液体电解质 (LE)，对 SSB 的兴趣和研究重点的强劲增长源于最近的成就推动SEs的离子电导率甚至超过了这个极限。硫化物快离子导体的发展，如 Li10GeP2S12 (LGPS) 及其衍生物，以及锂银辉石 Li6(P,Sb)S5X（X = 卤素），都显示出大于 1 mS cm-1 的离子电导率。基于氧化物的锂 SE 通常限于低于 1 mS cm-1 的电导率，机械刚度和需要烧结以实现良好接触仍然是它们的主要缺点。因此，涉及氧化物和液态聚合物电解质的混合概念似乎是一个可能的方向。此外，含有低水平液体的分散聚合物基电解质也可能是一种合理的替代方案。硫代磷酸锂非常高的离子电导率及其低机械模量是硫化物基复合材料在室温操作 SSB 开发中发挥主导作用的主要原因。
图 2 |固态阴极复合材料中的曲折效应。a，测量的部分锂离子电导率σeff和评估的曲折因子κ作为SE重量分数的函数，最终与体积分数ε相关。b，与具有 LE 的 LIB 正极相比，SSB 正极复合材料具有更高曲折度的示意图。
显然，当前这一代的锂导电无机 SE 引领了 SSB 研究的曙光。然而，每厘米几毫西门子的电导率真的就足够了吗，仅仅因为它与 LE 的电导率相当？考虑到8-10 mS cm-1 是LE的典型总电导率，并且最多对应于 4-5 mS cm-1 的锂离子电导率，即使假设相当高的锂迁移数为 0.5。考虑到电极的微观结构，电解质的可比电导率的目标似乎存在根本性缺陷。与包含 SE、CAM 颗粒和剩余孔隙的物理混合物的固态复合材料相比，具有 LE 的多孔电极中 CAM 的三维微结构本质上与较低的曲折度相关。由于更高的曲折度反映了固态离子的更长路径，因此需要更快的离子传输才能与 LE 基阴极中的锂离子传输相媲美。这种效果如图 2b 所示。虽然 LE 在多孔电极结构中渗透良好，但在固态复合材料的微观结构中，活性材料、SE、粘结剂、导电添加剂和剩余的孔隙都作为附加成分。这些阻碍了渗透离子传导网络的形成，尤其是在低 SE 分数下，并且包括电阻异质性，如晶界。重要的一点甚至可能是，改变不同的成分也会影响孔径和孔分布，进而严重影响多孔微观结构。因此，渗透阈值和影响（例如曲折度和粒度分布）对性能产生重大影响——这一点越来越受到关注。对于具有高能量密度电池的商业设备实施，需要厚电极配置。例如，假设大于 7 mAh cm–2 的高面积负载，对应于超过 100 μm 的电极厚度，7 mA cm–2 的电流负载仅在有效离子电导率至少为 10 mS cm–1时才符合实际。假设锂金属阳极为 30 μm，隔膜为 20 μm，CAM 体积分数为 70%，那么该电池对应的能量密度为 1,443 Wh l-1，比能量为 435 Wh kg-1。
时至今日，只有少数锂 SE 在室温下达到 10 mS cm-1 的离子电导率，即高度取代的锂银辉石 Li6(P/Sb)S5(Cl/Br/I)和 Li10GeP2S12 及其衍生物。目前还不清楚有多少其他材料类别可以超过这个所需的较低电导率限制，特别是考虑到需要 10 mS cm-1 的有效电导率而不是 SE 的离子电导率。未来的努力必须侧重于在电池中实现每厘米几毫西门子的有效离子电导率，以获得能够在实际负载和电流密度下运行的 SSB，否则必须接受在高温下运行。这些努力不仅应包括反复试验，还可能需要机器学习或高通量筛选工作的帮助，以改进当前的 SE，并可能识别出未来可能具有潜力的未知或被忽视的材料。总的来说，当引入新的或改变的复合概念时，需要测量有效的离子传输。
除了达到离子电导率极限外，研究人员还需要考虑材料在潜在应用中的成本。尽管由于涉及供需、合成和生产等因素，通常很难衡量一种材料的最终价格，但使用资源关键元素肯定会存在成本风险。最近，大多数改进是在 SE 中使用 Ge 实现的，并且由于铟和稀土元素，使用 Li3InCl6 或 Li3ErCl6 作为硫磷酸盐阴极电解液的完全替代品的价格值得怀疑。此外，还原的不稳定性可能会排除这些锂金属卤化物的一般适用性。
一般来说，与 LEs 相比，无机 SEs 中锂的高摩尔浓度以及聚合物 SEs 中较小程度的锂摩尔浓度将产生成本影响。图 3 显示了相关的电解质及其离子迁移率作为载流子密度（即锂离子密度）的函数，这在以前很少被考虑到。虽然 LE 表现出高锂离子迁移率和每单位体积的低锂含量，但硫化物 SE 需要最多两个数量级的锂才能实现高离子电导率。基于氧化物的 SE 在载流子密度过高时缺乏流动性，如果离子迁移率可以进一步提高两个数量级，则聚合物 SE 可能会成为使用较少锂的良好折衷方案。因此，降低锂含量变得很重要，因为无机 SE 和 CAM 具有非常相似的锂离子密度，因此 SE 中锂的比例与 SE 的体积分数成比例。这意味着无机 SE 需要阴极复合材料中大约 25% 的锂。由于 SE 也需要用作隔膜材料，因此 SSB 中总共约有 40% 的锂被用于 SE。范式的改变可能不是通过增加锂的浓度来设计离子导体，而是通过定制已知材料。例如，这可以基于结构-运输相关性、改变阴离子框架的键合和极化率，或者简单地通过调整加工条件或在多成分空间中工作来进行。
此外，寻找具有本质上更高离子迁移率以及低载流子密度的新型材料似乎是未来可行的选择。
图 3 |基于锂含量的 SE 分类。锂离子电导率是离子迁移率、电荷和离子浓度（作为离子载流子密度）的产物。
对高性能负极的需求虽然正极由于其相对较低的比容量和相应的厚正极需求而在很大程度上控制了 SSB 的比能，但很明显，如果高容量负极具有使用低电位。对容量衰减较小的快速充电的需求还要求这些阳极允许可逆的高速率操作。请记住，限制 LIBs 充电速率的是石墨阳极。最明显的选择是锂金属阳极或硅基阳极。两者在充电/放电过程中都显示出巨大的体积变化，因此它们的使用显然取决于关键机械问题以及许多其他问题的解决方案。
锂金属阳极的可靠、可逆和安全运行要求我们克服在 SE 隔膜界面锂金属电镀和剥离过程中固有形态不稳定性引起的潜在问题。最近的工作有助于更深入地了解枝晶的形成和生长以及剥离过程中的孔隙形成（图 4）。尽管如此，大多数研究中的堆积压力仍然过高，目标压力必须低于 0.1 MPa 才能满足与 LIB 相同的堆积压力。尽管 Li7La3Zr2O12 (LLZO) 似乎确实可以在足够高的电流密度和相对较低的堆积压力下无枝晶运行，但仍然没有可用的长期和大面积运行的公开证据。硫代磷酸锂 SE 存在固态电解质界面 (SEI) 形成和枝晶生长。尽管实验室规模的研究表明，不断增长的中界面的性质可以是自我限制的，但未来的工作仍需证明硫磷酸盐是否可以安全地用作隔膜材料。通常，所谓的临界电流密度被用作锂金属阳极长期稳定运行的描述符。临界电流密度应该代表在没有阳极不稳定危险的情况下运行的上限，但它取决于大量的材料特性和实验变量，例如，先前电镀-剥离步骤的顺序。它是一种依赖于过程的可观察量，很少可以针对不同的电极和实验方案进行比较。我们得出的结论是，它很难用作可靠比较不同阳极概念的适当指标，并且仍然需要开发更好的报告。
如果使用形态稳定的主体结构或支架可以足够快地吸收和释放锂，则可以克服纯锂阳极的形态（孔隙和枝晶）问题，但这是以降低比能量为代价的。最近发表的 Li-LLZO 复合负极的理论估计，表明容量优势很容易丧失，因为 LLZO 具有高密度。
微孔碳或锂碳复合材料可能是一种替代方案，但到目前为止，还没有这种阳极概念被证明是优越的。将锂合金化并使用具有广泛锂溶解度范围的固溶体阳极是第二种选择，并且在硅的情况下特别有趣，尽管形态发生变化，但高达 5 mA cm-2 的高电流密度似乎可能在室温下进行。
为了使 SSB 能够在比能量和功率方面与 LIB 竞争，开发具有高比容量和绝对容量的高倍率锂或硅阳极（理想情况下是无储层金属阳极）将是决定性的。业界最近声称这一目标已经实现，这确实将成为通往性能卓越的 SSB 道路上的主要游戏规则改变者。
三、稳定的界面、界面和涂层
图 4 |锂金属负极的关键问题。a，在充电和电流聚焦过程中，丝状和枝晶的形成导致短路。b，放电过程中孔隙和空隙的形成导致后续电镀过程中的收缩阻力和枝晶生长。c，锂金属和不同 SE 之间的界面生长，显示出热力学稳定运行，例如 LLZO（左）、动力学不稳定运行（中）和动力学稳定运行（右）。
先进的阳极和阴极材料的广泛潜力范围为 SEs 的稳定性提供了与 LEs相似的问题。例如，硫代磷酸锂在 CAM 以及阳极处的化学和电化学不稳定性仍然是性能随时间衰减的主要因素。在化学上，SE 很容易与活性材料发生反应，并且在高电位或低电位下会分解，从而导致有害的电阻界面，这些界面本身通常似乎具有氧化还原活性。最近的工作进一步表明，在与硫化物 SE 接触的锂金属阳极上生长的 SEI 的厚度被严重低估（一般情况见图 4c），这进一步挑战了对保护概念的需求。然而，尽管分解反应对任何技术都具有挑战性，但有望通过界面或界面的化学设计方法来缓解这些问题。
图 5 | SSB 中已知的界面相关问题和潜在的解决方案。从左起：阳极界面、隔膜-阴极异离子界面、阴极界面和潜在的缓解策略。SLEI，固态液体电解质界面。CEI，阴极电解质界面。
最近的工作使用 CAM 上的涂层来防止或至少减缓分解反应。近年来，诸如 LiNbO3 或 Li2ZrO3 之类的涂层非常成功。尽管看起来这些电子绝缘涂层会导致电位下降并部分保护 SE，但仍观察到相互扩散和化学分解。缺乏对涂层功能、涂层材料特性、理想涂层程序以及最终长期稳定性的机械理解。特别是，在电解质和涂层以及涂层和活性材料之间引入新的界面增加了额外的复杂性。电阻涂层可能需要导电添加剂，尽管它们目前具有不利影响。需要涂层作为保护概念，并且需要特别注意在开发阶段获得更好的基本理解。
提高阴极/SE 或阳极/SE 界面长期稳定性的其他选择是设计形成界面，并考虑以下问题。首先，是否有可能设计一种 SE 或添加剂，使形成的界面表现出动力学稳定的有益传输特性，即不生长的界面层以及低界面阻抗？可以减轻离子曲折问题的液体添加剂是否会损害长期稳定性？另外，是否可以对具有合理动力学稳定性窗口的材料进行理论指导的探索？目前的工作探索了热力学不稳定性，但很少有人回答分解产物是否能在动力学上导致稳定的分解界面的问题。
四、锂是必须的吗？
减少 SE 中的 Li 含量似乎很重要，但最终只会对整体 Li 临界度做出很小的贡献，因为仍然需要正极和负极材料。事实上，推动钠离子电池发展的相同潜在好处，即替代锂和过渡金属，如钴和镍，证明了对钠基 SSB 的研究是合理的。据报道，为理解和开发 SE 中的钠离子传输做出了各种努力，实际上，与 Li+ 相比，极化程度较低的 Na+ 离子可以获得更高的离子电导率。尽管如此，氧化物 SE 仍然面临着烧结的挑战，并且与锂类似物相比，硫代磷酸锂类在钠金属阳极处的分解速度要快得多。到目前为止，即将推出的卤化钠在离子传输方面没有竞争力；然而，电池操作是可能的。此外，CAM 和阴极电解液之间会发生强烈的分解反应，这限制了大多数关于使用 NaCrO2 的报道，并且仍然需要更好的 CAM 用于钠 SSB。在开发和理解硼氢酸盐电解质（例如 Na2B10H10 及其衍生物）方面正在取得有希望的进展。据报道，快速离子电导率以及对电极的优异电化学稳定性。总的来说，尽管它们提供了许多好处，但在用 CAM 涂层保护 SE 以及寻找和启用高性能阳极以真正提供有竞争力的替代品方面，钠 SSB 的开发需要加强。事实上，首先需要找到理想的组成来实现潜在能量和功率密度的定量分析，以便与锂离子 SSB 进行比较。
五、替代阴极材料
迄今为止，大多数关于 SSB 中 CAM 的实验报告都集中在镍钴锰氧化物 (NCM) 上。然而，尖晶石型甚至富锂 CAM 在电池中提供更高的潜力，需要被视为电池组件。SE 会发生严重的化学反应，但无论如何都需要开发涂层，因此通过先进的正极材料直接提高能量密度可能是值得的。然而，LiFePO4 等 CAM 很少用于硫化物 SSB，主要用于聚合物 SSB。鉴于 NCM-硫化物 SE 复合材料分解的驱动力主要是磷酸根离子的形成能，这一事实可能会发生很大变化，而磷酸根离子已经存在于 LiFePO4 中。通过在 SSB 中使用转换氧化还原材料（例如硫），实现了真正有前途的电池性能。当然，较低的充电电位是一个限制；然而，较低的充电电位可防止 SE 的电化学分解，并获得接近 S 至 Li2S 转化理论容量的循环容量。然而，Li-S SSB 中存在非常相似的挑战并限制了它们目前的适用性。
首先，阴极复合材料不仅由 SE 和活性材料组成，而且还需要显着体积分数的碳以提供足够的电子导电性。由于电化学反应将发生在 SE、S 和 C 的三相界面，复合材料内的微观结构和快速离子传输变得比基于插层的 SSB 更为重要，否则反应动力学缓慢会限制性能。其次，当 S 转化为 Li2S 时，由于体积变化很大，化学力学挑战更加严峻。尽管如此，对于优化的 Li-S SSB，预计重量能量密度超过 800 Wh kg-1 似乎是可以实现的。具有潜在影响的阴极材料可以扩展到硫化铜或硫化铁，或使用过渡金属添加剂，到目前为止，所有这些材料看起来都很有前途。然而，虽然它们的局限性尚未得到充分探索，但像 Solid Power 这样的公司正在寻求一种更可持续的基于黄铁矿的 SSB 的方法。
最近，在硫转化中使用钠的可能性引起了人们的关注，因为 S 完全转化为 Na2S 的反应是可能的，理论容量为 1,675 mAh g-1，高于 558 mAh g-1 的理论容量高温钠硫电池。当然，未来几年可以预期在 SSB 的转换阴极化学方向上进行更多的研究和开发。
六、从全固态到几乎固态的混合电池概念
显然，LIB 可以使用单一优化的 LE 运行，该 LE 是化合物的混合物，包含支持在阳极和阴极形成稳定界面和/或界面的添加剂。成功的固态电池概念很可能依赖于至少两个 SE 的组合，或者依赖于“混合”电池概念中 SE 和液体或凝胶聚合物电解质的组合。为了实现低温和室温操作，似乎需要将硫代磷酸锂 SE 用作真正的 SSB 电池中的阴极电解质。一旦锂金属阳极上的枝晶形成不能被与隔膜材料相同的 SE 抑制，则必须使用聚合物或氧化物 SE 作为隔膜。
这些考虑表明，在从 LIB 到真正的 SSB 的过程中存在广泛的中间概念，其中存在将硫化物与聚合物或氧化物结合的不同选择，这导致了层状杂化概念甚至真正的三维混合。很可能是固态/固态界面处的体积变化和接触损失的化学机械问题需要一小部分 LE 充当局部接触“代理”，甚至可能是界面形成器。事实上，仅包含固态成分的 SSB 电池不一定是合理的目标。如果一小部分低粘度添加剂有助于形成更好的界面和界面，以及减少孔隙率和高曲折路径，那么几乎固态电池（从全固态到几乎固态）的整体优势是潜在的与真正的全固态电池相提并论，如果不是更好的话。然而，混合系统中的新界面是否长期稳定是一个悬而未决的问题，以及混合是否会损害安全性。
鉴于加工困难，例如液体溶剂中的硫化物 SE，混合系统最终可能会出现化学不稳定性。绝对需要深入研究以提供现实的评估。
七、生产和成本
SSB 电池本身的设计，需要具有成本效益的工业材料加工和电池制造。虽然关于 SSB 的学术研究仍然集中在需要高堆叠压力以缓解上述化学机械问题的压制颗粒型电池上，但器件实现需要软包电池并提供双极堆叠电池的选择。烟囱压力需要最小化，这似乎可以使用混合固液方法。对于设备生产，理想情况下，现有的处理方法将用于从 LIB 生成更平滑的过渡。因此，复合阴极需要在浆料中进行干法或湿法处理，并且需要考虑溶剂和粘结剂的相互作用。此外，价格、废物、沸点（去除溶剂）或粘度（用于输送机或搅拌器）以及毒性等工业问题也是需要考虑的重要参数。在这里，卤化物 SE 可能最终具有优势，因为它们似乎可以进行水处理；尽管如此，元素的成本和迄今为止的低离子电导率仍然是一个主要缺点，而且界面分解似乎仍在发生。SE 合成的升级是进一步的要求，研磨或溶液路线可能是最好的方法，但前体的临界性和价格仍然需要现实地确定。
全 SSB 可能带来成本优势，因为不需要昂贵的步骤，例如电解质渗透和形成。总体而言，需要探索和引导 SSB 的成本优势。在这方面，双极堆叠通常被认为是未来 SSB 的主要电池结构优势，因为它似乎提供了更简单的内部电池设计和更少的电池堆外部电流引导连接，从而提高了能量密度。然而，在实践中，这个概念也有一些缺点。不对称电极片（每一侧的阳极或阴极）的生产需要更多的努力。更关键的是，每个单体电池的老化速度都会略有不同，这将导致电池电压的差异越来越大，并导致对所有单体电池进行必要的控制。我们认为双极堆叠在未来需要更仔细和批判性的评估，因为目前认为它过于乐观。
最后，为了长期的可持续性，SSB 的回收需要得到全面发展。为各种类型的 SE 开发了创新的回收途径；然而，到目前为止，大规模实施是值得怀疑的，特别是考虑到目标产物成本、性能下降或更简单的问题，如混合固态电解质和混合电池等分离组件方面的未知数。有必要深入开展这些工作。此外，我们需要牢记回收目标，以便我们可以为以后的回收过程设计 SE 成分。
八、多样性是关键
SSB 的研究和开发在过去几年中取得了巨大的增长和步伐，并且对 SSB 当前的局限性有了更深入的了解。尽管这种更好的基本理解有助于推进可能成功的电池概念，但仍然需要回答和解决未来大规模生产 SSB 电池的一些老问题和新问题和挑战。图 5 显示了这些现在已知的问题和潜在的缓解策略。
首先，需要具有低 SE 分数的厚阴极结构才能获得相当高的能量密度。复合材料中有效电导率大于 10 mS cm-1 的 SE 需要在具有复杂微结构（还包含粘结剂、导电剂和孔隙）的阴极复合材料中实现快速倍率。一旦完全固态的阴极无法达到所需的性能或长期运行，可以采用混合电解质甚至 LE 作为阴极电解液。
一旦动力学在室温下不充分，在略微升高的温度下运行可能是某些应用领域的一种选择——可能不适用于电动汽车。
其次，高性能阳极至关重要。锂金属阳极和 SE 之间界面处的枝晶生长、孔隙形成和分解反应仍然是高电流密度和快速充放电应用的主要挑战。
尽管有明确的承诺，但仍缺乏长期稳定和大面积锂金属阳极的最终证据。锂金属负极不再是唯一的竞争者，硅电极已进入 SSB 阶段，引发了一系列新问题，例如 Si/SE 界面的 SE 稳定性。
第三，需要共同努力降低 SE 中的锂含量以及寻找元素临界性较低的成分，以及用于复合路线制备的化学方法，以便在未来几年让 SSB 切实取代 LIB。
尽管这些挑战可能看起来很关键，但不应忘记 SSB 电池可能允许更有效的电池组构造。最近的发展表明，基于 LiFePO4 的 LIB 可以更密集地封装，最多可占据封装体积的 90%，而基于 NCM 的电池需要更好的冷却并实现更少的封装填充，这降低了 NCM 材料的优势高比容量。我们预计优化后的 SSB 电池组也可以从 SSB 电池的更宽温度窗口中获益。
第四，SSB 通常被认为比 LIB 更安全。然而，是否存在更高的安全性仍需要明确证明，因为短路、使用有毒的 SE 甚至电解质的液体部分渗滤到阳极都可能提供额外的安全风险。更重要的是，最近的工作表明 Li6PS5Cl–NCM 复合材料在 150 °C 以上时会发生自燃和热失控。似乎已经受到青睐的化学分解途径在高温下变得非常受欢迎，这在使用 LiFePO4 作为 CAM 时是看不到的。显然，需要更深入地研究热电池管理和热失控的相关安全风险。安全问题可能与 LIB 不同，但如果没有为 SSB 制定安全测试标准，则无法得出最终结论。
第五，对于像 SSBs 这样包含微观结构问题、化学问题、电化学问题、处理交付以及在某种程度上仍然未知的基础传输物理学的领域，重要的是将其他学科的原理引入该领域并欢迎进入研究人员。要真正发挥 SSB 的潜力，方法的多样性，而不仅仅是材料，是全面发展的关键。该领域需要更多来自物理学、数学、计算机科学、化学和工程学的研究人员。总体而言，成功的 SSB 开发将需要更多努力来标准化实验单元设置和更接近实际条件的程序。
最后，我们相信 SSB 将取得商业上的成功，但这是否意味着在特定领域的应用或大众市场上取得成功尚无定论。
Challenges in speeding up solid-state battery development
Nature Energy ( IF 67.439 ) Pub Date : 2023-02-23 , DOI: 10.1038/s41560-023-01208-9
Jürgen Janek, Wolfgang G. Zeier
通讯作者：Jürgen Janek, Wolfgang G. Zeier
通讯单位：德国吉森大学，明斯特大学