Anood sulfiidpõhisele täisfaasi liitiumakule – 2. osa muud anoodid

Hiljutised edusammud sulfiidpõhiste täisfaasiliste liitiumakude anoodi osas

—— Osa 2 Muud anoodid

Autor:

JIA Linan, DU Yibo, GUO Bangjun, ZHANG Xi

1. Masinaehituse kool, Shanghai Jiao Tongi ülikool, Shanghai 200241, Hiina

2. Shanghai Yili New Energy Technology Co., LTD. , Shanghai 201306, Hiina

Liitiumisulami anood

Tõsiste liideste kõrvalreaktsioonide tõttu on puhast liitiumit sulfiidsetes tahketes elektrolüütides lühiajaliselt raske kasutada, nii et liitiumisulamist materjalid on atraktiivsemad. Võrreldes metalliliste liitiumanoodidega võivad liitiumisulamist anoodid parandada liidese märguvust, pärssida liidese külgreaktsioonide esinemist, suurendada tahke elektrolüüdi liidese keemilist ja mehaanilist stabiilsust ning vältida liitiumdendriitide kasvust tingitud lühiseid. Samal ajal võivad sulamist anoodid võrreldes vedelate liitium-ioonakudega näidata tahkisakudes suuremat energiatihedust ja paremat stabiilsust. Kuid sulamist negatiivsed elektroodid läbivad laadimise ja tühjenemise ajal suuremaid mahu- ja struktuurimuutusi (nt Li-Si sulam, Li-Sn sulam jne), mistõttu on vaja täiendavaid uuringuid sulamimaterjalide väljatöötamise ja rakendamise kohta. Erinevate liitiumisulamite hulgas on Li-In sulam laborimastaabis populaarne tänu oma paremale mehaanilisele plastilisusele ja püsivale redokspotentsiaalile (0,62 V vs Li+/Li) laias stöhhiomeetrilises vahemikus. Li-In sulameid peetakse üldiselt sulfiidelektrolüütide jaoks termodünaamiliselt ja kineetiliselt stabiilseteks materjalideks. Seda kasutatakse laialdaselt laborites elektrolüütide või katoodmaterjalide jõudluse testimiseks, näidates samal ajal head tsükli stabiilsust madala voolu ja väikese koormuse tingimustes. Li-In-sulami redokspotentsiaal ja molekulmass on aga kõrged, mis vähendab oluliselt tahkis-liitiumioonakude energiatiheduse eelist. Üldiselt usuvad uuringud, et liitiumdendriitide hulk Li-In sulamites ei kasva. Siiski, Luo et al. viisid läbi täis-tahkefaasilise aku Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 laadimis- ja tühjenemistestid suure voolutiheduse (3,8 mA·cm-2) ja suure koormuse (4 mA·h·cm{{23}) korral }). Pärast ligikaudu 900 tsüklit leiti akul lühis. Aku säilitas laadimis-tühjenemistsüklite ajal stabiilse tsüklivõimsuse ja peaaegu 100% kulonilise efektiivsuse kuni 890 tsüklini, kuid võimsus hakkas pärast 891 tsüklit kiiresti vähenema, langedes 897. tsüklil nulli lähedale. Aku vastav laadimis- ja tühjenemispinge kõver 891. kuni 897. tsüklini, milles laadimisvõimsus järk-järgult suureneb, samal ajal kui vastav tühjendusvõimsus väheneb. 897. tsüklis jätkab aku laadimist ja mahutavuse suurenemist, millega kaasneb väiksem pinge tõusu kiirus, mis viitab sisemise lühise ja aku rikke tekkimisele. Li-In dendriitide kasvumehhanism selgus SEM-i, XPS-i ja muude iseloomustuste ning AIMD-simulatsiooni abil. Näitab, et suure voolu ja suure koormuse tingimustes. Metallic In on termodünaamiliselt ja kineetiliselt sulfiidelektrolüütide suhtes ebastabiilne. Mahumuutused ja kerged liidese reaktsioonid kutsuvad esile Li-In dendriitide kasvu, mis lõpuks viib aku rikkeni pikkade tsüklite ajal. Erinevalt liitiumdendriitide vertikaalsest kasvust on Li-In dendriitide kasvuviis külgmine kasv piki poore ja terade piire. Kasvukiirus on aeglane ja see kahjustab vähe sulfiidelektrolüüdi struktuuri (joonis 6). Seetõttu saab Li-In dendriidi kasvu maha suruda, parandades metallelektroodi / tahke elektrolüüdi elektrokeemilist stabiilsust ja vähendades elektrolüüdi poorsust.

Joonis 6 Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 elemendi tsükliliidese areng enne ja pärast seda

Al-i eelised on kõrge elastsus, suured reservid ja kõrge elektrooniline juhtivus. Sellel on liitiumisulamist materjalide hulgas kõrge teoreetiline erivõimsus (990 mA·h·g-1) ja väike mahupaisumiskiirus (96%). See on üks paljutõotavamaid täisfaasi liitiumaku anoodimaterjale. Nagu on näidatud joonisel 7(a), Pan et al. valmistas Li-Al sulamist negatiivse elektroodi ilma sideaine ja juhtiva aineta (Li0.8Al, erivõimsus 793 mA·h·g-1, 0,35 V vs Li+/Li). Ühildub hästi LGPS elektrolüüdiga. See on tingitud asjaolust, et ettevalmistatud Li-Al sulamist anoodi tööpotentsiaal jääb LGPS-i tegeliku elektrokeemilise stabiilsuse aknasse [joonis fig. 7(b)]. Vältides elektrolüüdi vähenemist ja lagunemist, näitas kokkupandud tahkisaku suurepärast pöörduvust, mahutavuse säilimise määr 200 tsükli jooksul oli koguni 93,29%. N/P suhte 1,25 tingimustes saavutas aku energiatihedus 541 W·h·kg-1, mis tõestab, et Li-Al sulamil on suurepärased kasutusvõimalused.

Joon.7 Li-Al sulami anoodi skeemid ASSLB-des

Sakuma jt. uuris Li-Sn sulami, Li-Si sulami ja Li4-x Ge1-x P x S4 elektrolüüdi sobivust ning täheldas väiksemat liidese takistust ja suuremat redokspotentsiaali. Hashimoto et al. kasutas suure energiaga kuulfreesi, et valmistada ette rida Li4.4Ge x Si1-x (x=0~1.0). Nende hulgas on Li4.4Ge0.67Si0.33 suurim erivõimsus (190 mA·h·g-1) ning sellel on hea laadimise ja tühjenemise pöörduvus. Park jt. kasutas mehaanilist kuuljahvatust liitiumipulbri ja ränipulbri segamiseks ja jahvatamiseks, et valmistada Li4.4Si sulam, Li4Ti5O12 positiivne elektrood ja Li2S-P2S5 elektrolüüt täistahke liitiumaku kokkupanemiseks. Uuringus leiti, et aku jõudlus paranes oluliselt pärast Li-Si sulami sekundaarset kuuljahvatamist, st liitium-Si sulami osakeste suuruse vähenemine soodustas liitiumi ühtlast sadestumist ja eemaldamist töötamise ajal. laadimis- ja tühjendusprotsess.

Liitiumisulamist kilesid saab kasutada ka negatiivse elektroodi liidese stabiliseerimiseks. Choi et al. kasutas lihtsat valtsimismeetodit, et ühendada Ag paksusega 10 μm ja Li paksusega 150 μm ning seejärel rakendati välist survet, et saada Li-Ag sulamist kile. Kõrge Ag sisaldus moodustab kergesti stabiilse liidese sulfiidelektrolüüdiga ja pärsib liitiumdendriitide kasvu. Lisaks osaleb ülejäänud väike kogus Ag, mis ei moodusta Li-Ag sulamit, tahke lahuse reaktsioonis Liga, mis leevendab liitiumi ebaühtlast kasvu. Kokkupandud tahkisaku mahutavuse säilimine 140 tsükli jooksul oli 94,3% ja see suutis stabiilselt töötada ka kõrgel temperatuuril 12 C. Kato et al. leidis, et Au-kile sisestamine Li/Li3PS4 elektrolüüdi liidesesse võib takistada tühimike teket pärast liitiumi esialgset lahustumist ja suurendada Li sadestumise kohti, mis aitab parandada aku pöörduvust. Lisaks võib Au-kile lahustumine metalliliseks liitiumiks olla põhjuseks negatiivse elektroodi liidese elektrokeemilise jõudluse parandamiseks. Li-sümmeetrilised elemendid, mille Au-kile on sisestatud Li/Li3PS4 liidesesse, võivad töötada stabiilselt suure voolutiheduse (1,3 mA·cm-2) ja suure võimsusega (6,5 mA·h·cm{21}}) juures. ) ilma lühiseta. Kokkupandud tahkisaku Li/Au/Li3PS4/LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 tsükli kestus on üle 200 korra kõrge voolutihedusega 2,4 mA·cm-2.

Räni anood

Si peetakse üheks kõige lootustandvamaks anoodimaterjaliks tänu selle ülikõrgele teoreetilisele erivõimsusele (4200 mA·h·g-1), suurele reservile, madalale hinnale, keskkonnasõbralikkusele, mittetoksilisus ja madal tööpotentsiaal (0,4 V). Si anoodide kasutamist vedelates liitium-ioonakudes on uuritud rohkem kui kolmkümmend aastat ja need on endiselt väga populaarsed. Hiljuti, kui täistahkised liitiumakud on jõudnud energiauuringute valdkonda, on hakatud töötama hästi arenenud ränitehnoloogia muutmiseks vedelatest liitium-ioonakusüsteemidest täistahkepatareisüsteemideks. Võrreldes vedelate liitium-ioonakude suure võimsusega räni anoodide väljatöötamise uuringutega, kuigi sulfiid-tahkefaasilistel akudel põhinevate ränianoodide kasutamise kohta on vähe teateid, on demonstreeritud tulemused siiski üsna olulised. Si-anoodil on aga madal elektrooniline juhtivus (1,56×10-3 S·m-1), madal liitiumioonide difusioonikoefitsient (10-14-10-13 cm2·S-1) ja suur mahu suurenemine (Li4. 4Si on umbes 360%) ja muud puudused, mis piirab selle rakendusala. Põhjus, miks Si-negatiivne elektrood akus ebaõnnestub, on üldiselt tingitud Si suurest mahust paisumisest liitimis-/delitiatsiooniprotsessi ajal, mis põhjustab pulbriks muutumist, pragunemist ja tohutut pinget ning põhjustab mitmeid tõsiseid hävitavaid tagajärgi. Näiteks: (1) Elektroodi struktuurse terviklikkuse halvenemine tühjenemise/laadimise ajal korduva muljumise tõttu. (2) Ühenduse katkemine elektroodi ja voolukollektori vahel, mis on põhjustatud liidese pingest. (3) Liitiumioone kulub SEI kihi pideva moodustumise-hävitamise-reformeerumise käigus pidevalt.

Praegu kasutatakse tahkefaasiliste liitiumakude räni anoodide optimeerimiseks tavaliselt mõõtmete reguleerimist (nano-räni), konstruktsiooni, õhukese kileanoode, legeerimist, rõhu rakendamist, täiustatud sideainete/juhtivate materjalidega (nt Si) komposiitanoode. -C anoodid) jne Sakabe et al. kasutas magnetroni pihustust mittepoorsete ja poorsete amorfsete räni anoodide valmistamiseks ning kombineeris need 80Li2S·20P2S5 elektrolüüdiga, et viia läbi tsükli võimekuse teste. Pärast 1 00 tsüklit näitas 3,00 µm paksune mittepoorse amorfse räni kile võimsust ainult umbes 47% võrreldes 10. tsükliga. 4,73 µm poorse amorfse räni kile litiatsioonivõime on koguni 3000 mA·h·g-1. Pärast 100 tsüklit ületab võimsuse säilimise määr võrreldes 10. tsükliga 93%. See näitab, et poorne struktuur võib tõhusalt parandada aku tsükli stabiilsust. Okuno jt. rakendas poorse räni komposiitanoodi täisfaasilisele akule koos Li3PS4 elektrolüüdiga ja näitas 100 tsükli jooksul kõrget võimsust, mis on üle 90%. Selle põhjuseks on asjaolu, et räniosakeste poorid lahendavad tohutud mahumuutused litiatsiooni ja delitiatsiooni ajal, parandades tsükli stabiilsust. Seevastu kaubanduslike mittepoorsete ränianoodide tsükli stabiilsus on halb ja võimsuse säilimise määr 100 tsükli jooksul on vaid 20% või isegi madalam. Poetke jt. teatas, et räni-süsinik komposiittühiseid nanomaterjale kasutati tahkis-liitiumioonakude negatiivsete elektroodidena ja neid rakendati edukalt Si-C|Li6PS5Cl|NCM täisakudele. Uuringus kasutatud nanostruktureeritud Si-C komposiit loob tühimiku räninanoosakeste (SiNP) ja välise süsiniku kesta vahel. Süsinikest võib tõhusalt kompenseerida räni mahu muutusi, parandades elektrokeemilist jõudlust võrreldes paljaste SiNP-dega.

Viimastel aastatel on akadeemiline ringkond korduvalt saavutanud läbimurdeid puhta räni anoodide uurimisel. 2020, Cangaz et al. teatas kolonnikujulisest ränianoodist, mis on valmistatud PVD protsessiga ja kombineeritud Li6PS5Cl elektrolüüdi ja LiNi0.9Co{{90}}.05Mn0,05O2 katoodiga suure erivõimsusega tahkisaku (210 mA·h·g-1). Kolonnikujulist ränianoodi on stabiilselt tsüklistatud rohkem kui 100 korda suure koormuse (3,5 mA·h·cm-2) all, kulonilise efektiivsusega koguni 99,7–99,9%. Tsükli ajal avaldab kolonnikujuline ränistruktuur vertikaalsuunas liitiumianoodiga sarnast ühemõõtmelist hingamisefekti. Seda ühemõõtmelist hingamist saab kompenseerida kolonnikujulise räni struktuuri sisemise poorsusega ja välise virna rõhuga, moodustades stabiilse kahemõõtmelise SEI. Samal ajal pärsib korstna rõhk (20 MPa) ka sammasräni ja voolukollektori delaminatsiooni. Võrreldes metalliliste liitiumanoodidega välistab see kolonnikujuline räni anood liitiumdendriitide, lühiste ja liitiumi surnud kadu ohu. 2021. aastal tegid Tan jt. teatas 99,9,9% (massist) kaubanduslikust mikroniklassi puhta räni Si (μ-Si) anoodist. Negatiivse elektroodi ja Li6PS5Cl elektrolüüdi vaheline liidese kontaktala on kahemõõtmeline tasapind, isegi kui laadimise ja tühjenemise ajal toimub mahu suurenemine. Kahemõõtmeline tasapind jääb siiski alles ja uut liidest ei moodustata. Liitiumiga μ-Si negatiivse elektroodi moodustatud Li-Si sulamil on ainulaadsed keemilised ja mehaanilised omadused, mis suurendab negatiivse elektroodi ja elektrolüüdi kontaktpinda [joonis 8(a)]. μ-Si, Li6PS5Cl elektrolüüdi ja NCM811 abil kokku pandud tahkisliitiumaku suudab stabiilselt töötada suure pinnavoolutihedusega (5 mA·cm-2) ja laias temperatuurivahemikus (-20~). 80 kraadi). Selle mahutavuse säilitamise määr on pärast 500 stabiilset tsüklit 80% ja keskmine kulontõhusus 99,95% [joonis 8(b)], mis on seni teatatud mikro-räni tahkispatareide parim jõudlus. Väärib märkimist, et μ-Si anood läbib suure voolutihedusega tsükli ilma juhtivate süsinikmaterjalideta, pärssides tõhusalt sulfiidelektrolüüdi lagunemist. See pakub uusi ideid Si-C komposiitelektroodides sisalduva süsiniku kahjulike mõjude kohta tavapärases mõtlemises. 2022. aastal Cao jt. valmistas kuuljahvatamise teel komposiit-negatiivse elektroodi, mis koosnes nano-räni (nm-Si) osakestest, juhtivast süsinikust ja Li6PS5Cl-st. Komposiit-negatiivse elektroodi sees on hea elektrooniline ja ioonjuhtivus, mis võib tõhusalt vähendada kohalikku voolutihedust ja pärssida liitiumdendriitide teket negatiivse elektroodi pinnal. See on kombineeritud monokristalli NMC811 katoodmaterjaliga, mis on kaetud sool-geel meetodil. Kasutades elektrolüüdina Li6PS5Cl kilet paksusega 47 μm, saadi täistahke liitiumaku energiatihedusega kuni 285 W · h · kg-1. Täis aku saavutas suure võimsusega 145 mA·h·g-1 C/3 juures 1000 stabiilse tsükli jooksul. Komposiiträni anood näitab suuremahulise tootmise väljavaateid, vähendab oluliselt kulusid ja annab suuna tahkis-liitiumakude turustamiseks. Erinevalt Tan negatiivse elektroodi disainikontseptsioonist lisab see negatiivne komposiitelektrood mitte ainult elektrolüüti, vaid lisab ka süsinikku juhtivat ainet. Põhjus on selles, et võrreldes μ-Si-ga on nm-Si suurem pindala, ränianoodil on rohkem piire ja nm-Si pinnal on tavaliselt SiO kiht. Seetõttu on elektrijuhtivus üldiselt 3 suurusjärku madalam kui μ-Si oma, mis takistab elektronide juhtivust laadimise ja tühjenemise ajal. Katsed näitavad, et liitiumi eemaldamise käigus sellelt nm-Si anoodilt laguneb elektrolüüt vaid veidi ja liitiumdendriite ei teki. Ülaltoodud süsteemi põhjal Cao et al. pakkus välja bipolaarse virnakujundusega akuarhitektuuri. Üksikud elemendid on ühendatud järjestikku läbi voolukollektori, et vähendada mitteaktiivsete materjalide kasutamist, saavutades seeläbi suurema energiatiheduse. Täpsemalt toimib kahekihiline virnastatud tahkis-liitiumaku, mis on valmistatud liidesega stabiilsetest üksikkristallidest LiNi0,8Mn0,1Co0,1O2, Li6PS5Cl ja nm-Si vastavalt positiivse elektroodina, elektrolüüdina ja negatiivse elektroodina. kõrge pinge 8,2 V. Aku taseme energiatihedus on 204 W·h·kg{104}}, mis on suurem kui ühe aku 189 W·h·kg{106}}. Sellel bipolaarsel virnastatud disainil on hea võrdlusolulisus kogu tahkis-aku välja jaoks.

Joonis 8 Liidese iseloomustus ja tsükli jõudlus µ-Si anoodi ja Li6PS5Cl vahel ASSLB-des

Tabelis 1 on kokku võetud sulfiidse tahke elektrolüüdi/anoodi liidese lahendused ning vastavad eelised ja puudused.

Tabel 1 Anoodide ja sulfiidipõhiste tahkiselektrolüütide vaheliste liideste probleemide lahendamise strateegiad

Muud anoodid

Hõbedane süsinik negatiivne elektrood

Lee et al. teatas tahkisaku konstruktsioonist, kasutades hõbe-süsinik (Ag/C) vahekihti [joonis 9(a)]. See kihtidevaheline konstruktsioon reguleerib tõhusalt liitiumi sadestamise protsessi ning Ag / C kihi ja voolukollektori vahel täheldatakse väga pöörduvaid liitiumi sadestumise ja eemaldamise nähtusi. Nende hulgas kasutatakse C-d Li6PS5Cl elektrolüüdi eraldamiseks sadestunud metallilisest liitiumist, mis mitte ainult ei väldi elektrolüüdi redutseerimist, vaid takistab ka liitiumdendriitide teket. Ag võib vähendada metallilise liitiumi tuumaenergiat, moodustades Ag-Li sulami. Osa Ag-st liigub voolukollektori pinnale, moodustades metallilise liitiumiga tahke lahuse, soodustades ühtlast liitiumi sadestumist. Pärast tühjendamist on metalliline liitiumikiht täielikult lahustunud, samas kui Ag jääb voolukollektori ja Ag-C kihi vahele. See konstruktsioon suudab kohandada metallilise liitiumi mahu muutust jalgrattasõidu ajal, vähendada liitiumianoodi kohalikku voolutihedust ja parandada tsükli stabiilsust. Nagu on näidatud joonisel 9(b), on kokkupandud kottiaku (0,6 A·h) energiatihedus (üle 900 W·h·L-1) 60 kraadi juures kõrge. Stabiilne kuloniline kasutegur, mis ületab 99,8%. Pikk tsükli eluiga (1000 tsüklit). See pakub uusi ideid tahkis-liitiumakude kaubanduslikuks kasutamiseks.

Joonis 9 Struktuur ja tsükli jõudlus sulfiidipõhiste ASSLB-de jaoks, mida kasutatakse Ag-C anoodi

Grafiit

Liitium-ioonakude erinevate interkaleeritud anoodmaterjalide hulgas on grafiit oma madala hinna, suurte reservide ja pika tööea tõttu kaubanduslikult kõige edukam materjal. Kuid tahkispatareide valdkonnas ei ole grafiit oma piiratud teoreetilise mahu tõttu sattunud negatiivse elektroodi materjali valiku keskmesse. Varasemates aruannetes kasutati grafiiti sageli äsja sünteesitud tahkete sulfiidelektrolüütide anoodimaterjalina. Hilisemad uuringud keskendusid grafiidi põhilisele töömehhanismile sulfiid-ASSLB-des, et optimeerida elektroodide disaini ja tootmist. Viimastes uuringutes kasutatakse grafiiti sageli suure energiaga anoodimaterjalide raamistikuna, tagades konstruktsiooni terviklikkuse ja elektrijuhtivuse. Teistel praegustel negatiivsetel elektroodidel, nagu liitium ja räni, on aga endiselt probleeme, nagu kõrge hind, suur mahu laienemise kiirus ja ebastabiilne tsükkel. Seetõttu võib grafiit kui materjal, millel on madal hind, suured reservid, kõrge turustamisaste ja kõrge stabiilsus, mängida olulist rolli tahkispatareide arendamise algfaasis. Grafiidi olemasolevat võimsust on vaja pidevalt optimeerida.

Voolukollektori eeltöötlus

Anoodita liitiumioonakud panevad voolukollektori otse akuga kokku ilma liigset liitiumi lisamata, kus metalliline liitium moodustub liitiumioonide redutseerimisel voolukollektoril esimese laadimistsükli jooksul täielikult liitiumiga katoodist. Seda kontseptsiooni on liitium-ioonakude valdkonnas põhjalikult uuritud ja mõned meeskonnad on seda disaini laiendanud ka tahkis-liitiumakudele. Gu et al. söövitas roostevabast terasest voolukollektori (SSCC) pinna erineval määral, sobitas selle tahke elektrolüüdiga Li5.5PS4.5Cl1.5 ja viis läbi elektrostaatilise tsükli, kasutades asümmeetrilist akukonfiguratsiooni (liitiumfoolium|roostevabast terasest foolium). Katsetulemused näitavad, et erinevatel SSCC karedustel on aku jõudlusele suurem mõju. 180 nm karedusega SSCC-dega kokku pandud tahkispatareidel on parem elektrokeemilise tsükli jõudlus kui akudel, mille karedus on vaid 20 nm. Selle põhjuseks on kare pind, mis suurendab kontaktpunkte elektrolüüdi ja voolukollektori vahel, pakkudes mitmeid reaktsioonipunkte ja võimaldades liitiumi ühtlast sadestumist liidesele. Kui aga pinna karedus ületab 500 nm, põhjustab tugevalt karestunud pind liitiumioonide vaevu jõudmise piiratud kontaktpunktideni voolukollektori söövitatud põhjas. See vähendab liitiumi sadestumist ja näitab halvemat jõudlust. Vedelakude puhul seda nähtust ei esine. See näitab, et tahke elektrolüüdi ja voolukollektori interaktsioon erineb oluliselt vedela elektrolüüdi omast. Enne negatiivse elektroodita tahkisaku praeguse kollektori konstruktsiooni on vaja täiendavalt uurida põhilist töömehhanismi ja omadusi.

Kokkuvõte ja väljavaade

Kõrge ioonjuhtivusega LGPS-i esilekerkimisega on sulfiid-tahkefaasiliste liitium-ioonakude uurimine oluliselt suurenenud. Nende hulgas on üheks uurimistöö fookuseks saanud anoodimaterjalide valik ja liideseprobleemide lahendamine. Paljud teadlased on liitiumanoodi / sulfiidelektrolüüdi liidese uurimise edusammudest põhjalikult kokku võtnud. See artikkel annab süstemaatilise ülevaate sulfiidelektrolüütidel põhinevate tahkis-liitiumakude (nt metalliline liitium, liitiumisulamid ja ränianoodid) peamistest anoodimaterjalidest. Pakuti välja liitiumanoodi ja sulfiidelektrolüüdi liidese probleem ning võeti kokku ühised strateegiad liidese omaduste parandamiseks. Praegu on tahkis-liitiumioonakud veel kaugel kaubanduslikust rakendusest ning neil puudub täielik teoreetiline põhiuuringud ja tehniline tugi. Seetõttu tuleb edaspidises uurimistöös veel tähelepanu pöörata järgmistele probleemidele.

(1) Liitiumisulamist anoodidel on suurepärane liitiumi salvestusmaht ja stabiilsem jõudlus ning need on näidanud suurt potentsiaali liitiumanooddendriidi kasvu ja lühise lahendamisel, saavutades suure energiatiheduse ja pikaajalise stabiilse tahkis-liitiumaku. Tahkis-tahkepatareide valdkonnas saab tahkis-tahke liidese kontaktomaduste tõttu lahendada sulamimaterjalide ja vedelate elektrolüütide reaktsioonist põhjustatud korduva SEI tekke probleemi. Sulamist anoodide paremaks rakendamiseks tuleb teha põhi- ja rakendustööd, et suurendada arusaamist sulami anoodide keemiast, elektrokeemiast, mehaanilistest omadustest ja töömehhanismist tahkispatareides, et rahuldada nõudlust kõrgete energiaallikate järele. mahutavus, pikaajalised stabiilsed tahkisakud. .

(2) Ränianoodid võivad maksimeerida tahkis-liitiumioonakude energiatihedust. Kuid kuna ränil on madal elektrooniline juhtivus, kiirendavad tavaliselt kasutatavad süsinikku juhtivad ained sulfiidelektrolüütide lagunemist. Ränianoodi koostise parameetrite reguleerimine nii, et see ei mõjutaks elektroodi juhtivust ega põhjustaks sulfiidelektrolüüdi lagunemist, on räni anoodi ettevalmistamise protsessi peamine väljakutse. See on ka tehniline barjäär sulfiid-tahkepatareides ränianoodide ulatuslikule industrialiseerimisele.

(3) Tegelikes kommertsrakendustes tuleb tähelepanu pöörata ka metallilise liitiumi väikeste varude ja kõrge hinna probleemidele. Kuigi metalliline liitiumanood on liitiumiga katmise protsessi jaoks kasulik, ei ole see elektrokeemilise reaktsiooni liitiumiga katmiseks vajalik komponent. Liitiummetalli kasutustingimused on äärmiselt karmid ja liitiumakude masstootmine toob kaasa tohutuid ohutusriske. Seetõttu on kulude vähendamiseks, ohutuse parandamiseks ja lõpliku turustamise saavutamiseks liitiumanoodideta tahkisliitiumakude arendamine uurimissuund. Näiteks Ag-C komposiitelektroodi uurimine annab hea idee järgmiseks tööks. Lisaks vajavad voolukollektorite põhilised töömehhanismid ja omadused täiendavaid uuringuid, et voolukollektoreid sihipäraselt eeltöödelda, et saada suure jõudlusega tahkispatareid ilma negatiivsete elektroodideta.

Negatiivsete elektroodide materjalide väljatöötamine tahkispatareide valdkonnas on veel pikk tee käia. Teadustöö süvenedes näitavad suure energiaga negatiivsetel elektroodidel põhinevad tahkispatareid kindlasti oma ainulaadseid eeliseid sekundaarakude valdkonnas.