Anoda za potpuno čvrstu litijumsku bateriju na bazi sulfida - 2. dio Ostale anode

Nedavni napredak na anodi za potpuno čvrste litijumske baterije na bazi sulfida

—— Dio 2 Ostale anode

Autor:

JIA Linan, DU Yibo, GUO Bangjun, ZHANG Xi

1. Fakultet mašinstva, Šangajski univerzitet Jiao Tong, Šangaj 200241, Kina

2. Shanghai Yili New Energy Technology Co., LTD. , Šangaj 201306, Kina

Anoda od legure litijuma

Zbog ozbiljnih međufaznih nuspojava, čisti litijum je teško kratkoročno direktno koristiti u sulfidnim čvrstim elektrolitima, tako da materijali od legura litiju predstavljaju atraktivniju opciju. U poređenju sa metalnim litijumskim anodama, anode od litijumske legure mogu poboljšati kvašenje interfejsa, inhibirati pojavu sporednih reakcija međusklopa, poboljšati hemijsku i mehaničku stabilnost sučelja čvrstog elektrolita i izbeći kratke spojeve uzrokovane rastom litijum dendrita. Istovremeno, u poređenju s tekućim litijum-jonskim baterijama, anode od legure mogu pokazati veću gustoću energije i bolju stabilnost u potpuno čvrstim baterijama. Međutim, legirane negativne elektrode će pretrpjeti veće zapreminske i strukturne promjene tijekom punjenja i pražnjenja (kao što su Li-Si legura, Li-Sn legura, itd.), tako da su potrebna daljnja istraživanja o razvoju i primjeni legiranih materijala. Među raznim litijumskim legurama, Li-In legura je popularna u laboratorijskim razmerama zbog svoje bolje mehaničke duktilnosti i konstantnog redoks potencijala (0.62 V naspram Li+/Li) u širokom stehiometrijskom opsegu. Li-In legure se općenito smatraju termodinamički i kinetički stabilnim materijalima za sulfidne elektrolite. Široko se koristi u laboratorijama za testiranje performansi elektrolita ili katodnih materijala, dok pokazuje dobru stabilnost ciklusa pod niskom strujom i niskim opterećenjem. Međutim, redoks potencijal i molekularna težina Li-In legure su visoki, što uvelike smanjuje prednost gustine energije potpuno čvrstih litijum-jonskih baterija. Općenito, studije vjeruju da nema rasta litijum dendrita u Li-In legurama. Međutim, Luo et al. sproveo testove punjenja i pražnjenja na Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 potpuno čvrstoj bateriji pod velikom gustinom struje (3,8 mA·cm-2) i velikim opterećenjem (4 mA·h·cm{{23} }). Utvrđeno je da baterija ima kratak spoj nakon otprilike 900 ciklusa. Baterija je zadržala stabilan ciklus ciklusa i skoro 100% kulombičku efikasnost tokom ciklusa punjenja-pražnjenja do 890 ciklusa, ali je kapacitet počeo brzo da opada nakon 891 ciklusa, padajući na skoro 0 u 897. ciklusu. Relevantna kriva napona punjenja i pražnjenja baterije od 891. do 897. ciklusa, u kojoj se kapacitet punjenja postepeno povećava, dok se odgovarajući kapacitet pražnjenja smanjuje. U 897. ciklusu baterija nastavlja da se puni i kapacitet nastavlja da raste, praćen nižom stopom porasta napona, što ukazuje na pojavu unutrašnjeg kratkog spoja i kvar baterije. Mehanizam rasta Li-In dendrita otkriven je kroz SEM, XPS i druge karakterizacije i AIMD simulaciju. Označava da u uslovima velike struje i velikog opterećenja. Metalni In je termodinamički i kinetički nestabilan na sulfidne elektrolite. Promjene volumena i blage međufazne reakcije izazivaju rast Li-In dendrita, što na kraju dovodi do kvara baterije tokom dugih ciklusa. Za razliku od vertikalnog rasta litijumskih dendrita, način rasta Li-In dendrita je bočni rast duž pora i granica zrna. Brzina rasta je spora i uzrokuje mala oštećenja strukture sulfidnog elektrolita (slika 6). Stoga se rast Li-In dendrita može potisnuti poboljšanjem elektrohemijske stabilnosti metalne elektrode/čvrstog elektrolita i smanjenjem poroznosti elektrolita.

Slika 6 Prije i nakon ciklusne evolucije interfejsa za Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 ćeliju

Al ima prednosti visoke duktilnosti, velikih rezervi i visoke elektronske provodljivosti. Ima visok teoretski specifični kapacitet (990 mA·h·g-1) i malu stopu ekspanzije zapremine (96%) među materijalima od legure litijuma. To je jedan od obećavajućih materijala za anode litijumskih baterija u punom stanju. Kao što je prikazano na slici 7(a), Pan et al. pripremio negativnu elektrodu od Li-Al legure bez veziva i provodnog sredstva (Li0.8Al, specifični kapacitet 793 mA·h·g-1, 0,35 V vs Li+/Li). Ima dobru kompatibilnost sa LGPS elektrolitom. To je zbog činjenice da je radni potencijal pripremljene anode od Li-Al legure unutar stvarnog prozora elektrohemijske stabilnosti LGPS-a [Sl. 7(b)]. Sprečavajući smanjenje i raspadanje elektrolita, sastavljena potpuno čvrsta baterija pokazala je odličnu reverzibilnost, sa stopom zadržavanja kapaciteta čak 93,29% u 200 ciklusa. Pod uslovom odnosa N/P od 1,25, gustina energije baterije dostigla je 541 W·h·kg-1, što dokazuje da Li-Al legura ima odlične izglede za primenu.

Slika 7. Šeme anode od legure Li-Al u ASSLB

Sakuma et al. proučavao je podudarnost Li-Sn legure, Li-Si legure i Li4-x Ge1-x P x S4 elektrolita i uočio manji otpor interfejsa i veći redoks potencijal. Hashimoto et al. koristio visokoenergetsko glodanje za pripremu serije Li4.4Ge x Si1-x (x=0~1.0). Među njima, Li4.4Ge0.67Si0.33 pokazuje najveći specifični kapacitet (190 mA·h·g-1) i ima dobru reverzibilnost punjenja i pražnjenja. Park i dr. koristio je mehaničko kuglično mljevenje za miješanje i mljevenje litijumskog praha i silicijumskog praha za pripremu legure Li4.4Si, pozitivne elektrode Li4Ti5O12 i elektrolita Li2S-P2S5 za sklapanje litijumske baterije u punom stanju. Studija je pokazala da su performanse baterije značajno poboljšane nakon sekundarnog mljevenja Li-Si legure, odnosno smanjenje veličine čestica legure litij-Si je pogodovalo ravnomjernom taloženju i uklanjanju litijuma tokom proces punjenja i pražnjenja.

Filmovi od legure litiju mogu se koristiti i kao sredstvo za stabilizaciju sučelja negativne elektrode. Choi et al. koristio je jednostavnu metodu valjanja za kombinovanje Ag debljine 10 μm i Li debljine 150 μm, a zatim primenjen spoljni pritisak da bi se dobio film od legure Li-Ag. Visok sadržaj Ag lako formira stabilnu vezu sa sulfidnim elektrolitom i inhibira rast litijum dendrita. Osim toga, preostala mala količina Ag koja ne formira Li-Ag leguru učestvuje u reakciji čvrstog rastvora sa Li, što ublažava neujednačen rast litijuma. Sastavljena potpuno čvrsta baterija pokazala je zadržavanje kapaciteta od 94,3% u toku 140 ciklusa, a mogla je i stabilno da radi pri visokoj stopi od 12 C. Istraživanje Kato et al. otkrili su da umetanje Au filma na sučelje elektrolita Li/Li3PS4 može spriječiti stvaranje praznina nakon početnog rastvaranja litijuma i povećati mjesta taloženja Li, što pomaže poboljšanju reverzibilnosti baterije. Osim toga, rastvaranje Au filma u metalni litijum može biti razlog za poboljšanje elektrohemijskih performansi sučelja negativne elektrode. Li-simetrične ćelije sa Au filmom umetnutim na sučelje Li/Li3PS4 mogu stabilno raditi pri velikoj gustoći struje (1,3 mA·cm-2) i kapacitetu velike površine (6,5 mA·h·cm-2 ) bez kratkog spoja. Sastavljena Li/Au/Li3PS4/LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 potpuno čvrsta baterija ima vijek trajanja više od 200 puta pri visokoj gustini struje od 2,4 mA·cm-2.

Silicijumska anoda

Si se smatra jednim od najperspektivnijih anodnih materijala zbog svog ultra visokog teoretskog specifičnog kapaciteta (4200 mA·h·g-1), visokih rezervi, niske cijene, ekološke prihvatljivosti, netoksičnost, i nizak radni potencijal od 0,4 V. Istraživanja o primjeni Si anoda u tekućim litijum-jonskim baterijama razvijaju se više od trideset godina i još uvijek su vrlo popularna. Nedavno, kako su litijumske baterije u potpunosti ušle u polje istraživanja energije, počeo je rad na pretvaranju dobro razvijene silikonske tehnologije iz sistema tečnih litijum-jonskih baterija u sisteme potpuno čvrstih baterija. Međutim, u poređenju sa istraživanjima razvoja silicijumskih anoda velikog kapaciteta za tekuće litijum-jonske baterije, iako postoji malo izveštaja o primeni silicijumskih anoda na bazi sulfidnih potpuno čvrstih baterija, prikazani rezultati su i dalje prilično važni. Međutim, Si anoda ima nisku elektronsku provodljivost (1,56×10-3 S·m-1), nizak koeficijent difuzije litijum jona (10-14-10-13 cm2·S-1) i veliki zapreminsko proširenje (Li4. 4Si je oko 360%) i druge nedostatke, što ograničava obim njegove primene. Razlog zašto negativna elektroda Si pokvari u bateriji je općenito zbog velike ekspanzije Si tokom procesa litiranja/delitacije, što uzrokuje praškanje, pucanje i ogroman stres, te proizvodi niz ozbiljnih destruktivnih posljedica. Na primjer: (1) Pogoršanje strukturnog integriteta elektrode zbog ponovnog gnječenja tokom pražnjenja/punjenja. (2) Prekid između elektrode i strujnog kolektora uzrokovan naprezanjem na površini. (3) Litijum joni se kontinuirano troše tokom kontinuiranog procesa formiranja-razaranja-reformacije SEI sloja.

Trenutno, najčešće korišćene metode za optimizaciju silicijumskih anoda za potpuno čvrste litijumske baterije uključuju kontrolu veličine (nano-silicijum), strukturni dizajn, tankoslojne anode, legiranje, primenu pritiska, kompozitne anode sa naprednim vezivnim/provodljivim materijalima (kao što je Si -C anode), itd. Sakabe et al. koristio je magnetronsko raspršivanje za pripremu neporoznih i poroznih amorfnih silicijumskih anoda i kombinovao ih sa 80Li2S·20P2S5 elektrolitom za sprovođenje testova sposobnosti ciklusa. Nakon 100 ciklusa, neporozni amorfni silicijumski film debljine 3,00 µm pokazao je samo oko 47% kapaciteta u odnosu na 10. ciklus. Porozni amorfni silicijumski film od 4,73 µm pokazuje kapacitet litiranja do 3000 mA·h·g{19}}. Nakon 100 ciklusa, stopa zadržavanja kapaciteta u odnosu na 10. ciklus prelazi 93%. To pokazuje da porozna struktura može efikasno poboljšati stabilnost ciklusa baterije. Okuno i dr. primenio je poroznu silikonsku kompozitnu anodu na potpuno čvrstu bateriju sa Li3PS4 elektrolitom i pokazao visoku stopu zadržavanja kapaciteta od više od 90% u 100 ciklusa. To je zato što pore u česticama silicijuma rješavaju velike promjene volumena tokom litiranja i delicije, poboljšavajući stabilnost ciklusa. Nasuprot tome, stabilnost ciklusa komercijalnih neporoznih silicijumskih anoda je loša, a stopa zadržavanja kapaciteta u 100 ciklusa je samo 20% ili čak niža. Poetke i dr. izvijestili su da su silicijum-ugljični kompozitni prazni nanomaterijali korišteni kao negativne elektrode za potpuno čvrste litijum-jonske baterije i da su uspješno primijenjeni na Si-C|Li6PS5Cl|NCM pune baterije. Nanostrukturirani Si-C kompozit korišten u studiji osigurava jaz između silicijskih nanočestica (SiNP) i vanjske karbonske ljuske. Ugljična školjka može efikasno kompenzirati promjene volumena silicijuma, poboljšavajući elektrohemijske performanse u poređenju sa golim SiNP-ovima.

Posljednjih godina, akademska zajednica je u više navrata postigla napredak u istraživanju čistih silicijskih anoda. U 2020, Cangaz et al. prijavio je stupastu silicijumsku anodu pripremljenu PVD postupkom i kombinovanu sa Li6PS5Cl elektrolitom i LiNi0.9Co{{90}}.05Mn0.05O2 katodom za pripremu potpuno poluprovodna baterija visokog specifičnog kapaciteta (210 mA·h·g-1). Kolonasta silicijumska anoda je stabilno prošla više od 100 puta pod velikim opterećenjem od 3,5 mA·h·cm-2, sa kulombičkom efikasnošću od čak 99,7%~99,9%. Tokom ciklusa, stupasta silikonska struktura pokazuje jednodimenzionalni efekat disanja sličan litijumskoj anodi u vertikalnom pravcu. Ovo jednodimenzionalno disanje može se kompenzirati intrinzičnom poroznošću stubaste silikonske strukture i vanjskim pritiskom na stegu, formirajući stabilan dvodimenzionalni SEI. Istovremeno, pritisak steka (20 MPa) takođe potiskuje raslojavanje stubastog silicijuma i strujnog kolektora. U poređenju sa metalnim litijumskim anodama, ova stubna silikonska anoda eliminiše rizik od litijumskih dendrita, kratkih spojeva i mrtvog gubitka litijuma. Godine 2021. Tan i dr. prijavio 99,9,9% (masene) komercijalne mikronske silicijumske Si (μ-Si) anode. Kontaktna površina između negativne elektrode i Li6PS5Cl elektrolita je dvodimenzionalna ravan, čak i ako dođe do proširenja zapremine tokom punjenja i pražnjenja. Međutim, dvodimenzionalna ravan se i dalje zadržava i ne formira se novo sučelje. Li-Si legura formirana od litirane μ-Si negativne elektrode ima jedinstvena hemijska i mehanička svojstva, što povećava površinu kontakta između negativne elektrode i elektrolita [Slika 8(a)]. Potpuna litijumska baterija sastavljena od μ-Si, Li6PS5Cl elektrolita i NCM811 može stabilno raditi unutar velike površinske gustine struje (5 mA·cm-2) i širokog temperaturnog raspona (-20~ 80 stepeni). Ima stopu zadržavanja kapaciteta od 80% nakon 500 stabilnih ciklusa i prosječnu Kulombičku efikasnost od 99,95% [Slika 8(b)], što je najbolja performansa mikro-silicijumskih potpuno čvrstih baterija prijavljenih do sada. Vrijedi spomenuti da μ-Si anoda prolazi kroz ciklus velike gustine struje bez provodnih ugljičnih materijala, efikasno potiskujući razgradnju sulfidnog elektrolita. Pruža nove ideje za štetne efekte ugljika u Si-C kompozitnim elektrodama u konvencionalnom razmišljanju. 2022. Cao et al. pripremio kompozitnu negativnu elektrodu sastavljenu od nano-silikonskih (nm-Si) čestica, provodljivog ugljika i Li6PS5Cl mljevenjem. Kompozitna negativna elektroda ima dobru elektronsku i ionsku provodljivost iznutra, što može efikasno smanjiti gustinu lokalne struje i inhibirati stvaranje litijumskih dendrita na površini negativne elektrode. Kombinuje se sa monokristalnim NMC811 katodnim materijalom obloženim sol-gel metodom. Koristeći film Li6PS5Cl debljine 47 μm kao elektrolit, dobijena je litijumska baterija u čvrstom stanju sa gustinom energije do 285 W·h·kg-1. Puna baterija je postigla visok kapacitet od 145 mA·h·g-1 na C/3 za 1000 stabilnih ciklusa. Kompozitna silikonska anoda pokazuje izglede za proizvodnju velikih razmera, značajno smanjuje troškove i daje pravac za komercijalizaciju potpuno čvrstih litijumskih baterija. Za razliku od Tanovog koncepta dizajna negativnih elektroda, ova kompozitna negativna elektroda ne samo da dodaje elektrolit, već i dodaje agens za provodljivost ugljika. Razlog je taj što u poređenju sa μ-Si, nm-Si ima veću površinu, ima više granica u silicijumskoj anodi, a obično postoji sloj SiO na površini nm-Si. Stoga je električna provodljivost općenito 3 reda veličine niža od μ-Si, što ometa provodljivost elektrona tokom punjenja i pražnjenja. Eksperimenti pokazuju da se tokom procesa uklanjanja litijuma sa ove nm-Si anode, elektrolit samo blago razgrađuje, a litijum dendriti se ne proizvode. Na osnovu gore navedenog sistema, Cao et al. predložio arhitekturu baterije sa bipolarnim dizajnom steka. Pojedinačne ćelije su povezane u seriju preko strujnog kolektora kako bi se smanjila upotreba neaktivnih materijala, čime se postigla veća gustoća energije. Preciznije, dvoslojna naslagana litijumska baterija u čvrstom stanju napravljena od monokristala LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2, Li6PS5Cl i nm-Si koji su stabilni na interfejsu služe kao pozitivna elektroda, elektrolit i negativna elektroda, respektivno, obezbeđujući visoki napon od 8,2 V. Gustina energije na nivou baterije je 204 W·h·kg-1, što je više od 189 W·h·kg-1 jedne baterije. Ovaj bipolarni složeni dizajn ima dobar referentni značaj za čitavo polje baterija u punom stanju.

Slika 8 Karakterizacija međufaza i performanse ciklusa između µ-Si anode i Li6PS5Cl u ASSLB-ovima

Tabela 1 sumira rješenja za sulfid čvrsti elektrolit/anoda interfejs i odgovarajuće prednosti i nedostatke.

Tabela 1. Strategije rješavanja problema međufaznih površina između anoda i čvrstih elektrolita na bazi sulfida

Ostale anode

Srebrna ugljična negativna elektroda

Lee et al. izvijestio je o dizajnu potpuno čvrste baterije koristeći međusloj srebro-ugljik (Ag/C) [Slika 9(a)]. Ovaj međuslojni dizajn efikasno reguliše proces taloženja litijuma, a veoma reverzibilno taloženje litijuma i fenomen odvajanja se primećuju između Ag/C sloja i strujnog kolektora. Među njima, C se koristi za odvajanje Li6PS5Cl elektrolita od deponovanog metalnog litijuma, što ne samo da izbegava redukciju elektrolita već i sprečava stvaranje litijum dendrita. Ag može smanjiti energiju nukleacije metalnog litijuma kako bi formirao Ag-Li leguru. Dio Ag se pomiče na površinu strujnog kolektora kako bi formirao čvrstu otopinu s metalnim litijem, promovišući ravnomjerno taloženje litijuma. Nakon pražnjenja, metalni litijumski sloj je potpuno otopljen, dok Ag ostaje između strujnog kolektora i sloja Ag-C. Ovaj dizajn može prihvatiti promjenu volumena metalnog litijuma tokom ciklusa, smanjiti lokalnu gustinu struje litijumske anode i poboljšati stabilnost ciklusa. Kao što je prikazano na slici 9(b), sastavljena baterija u torbici (0.6 A·h) pokazuje visoku gustinu energije (veću od 900 W·h·L-1) na 60 stepeni. Stabilna kulombička efikasnost prelazi 99,8%. Dug životni vek (1000 ciklusa). Pruža nove ideje za komercijalnu primjenu potpuno čvrstih litijumskih baterija.

Slika 9. Struktura i performanse ciklusa za ASSLB-ove na bazi sulfida korišćene Ag-C anode

Grafit

Među različitim interkaliranim anodnim materijalima za litijum-jonske baterije, grafit je komercijalno najuspješniji materijal zbog svoje niske cijene, velikih rezervi i dugog vijeka trajanja. Međutim, u području potpuno čvrstih baterija, grafit nije postao fokus odabira materijala negativnih elektroda zbog svog ograničenog teoretskog kapaciteta. U ranim izvještajima, grafit se često koristio kao anodni materijal za novosintetizirane čvrste sulfidne elektrolite. Kasnija istraživanja su se fokusirala na osnovni mehanizam rada grafita u sulfidnim ASSLB-ima kako bi se optimizirao dizajn i proizvodnja elektroda. Grafit se često koristi kao okvir za visokoenergetske anodne materijale u novijim istraživanjima, pružajući strukturalni integritet i električnu provodljivost. Međutim, druge trenutne negativne elektrode kao što su litijum i silicijum i dalje imaju probleme kao što su visoka cena, velika zapreminska ekspanzija i nestabilan ciklus. Stoga, grafit, kao materijal niske cijene, velikih rezervi, visokog stupnja komercijalizacije i visoke stabilnosti, može igrati važnu ulogu u procesu razvoja potpuno čvrstih baterija u ranim fazama. Neophodno je kontinuirano optimizirati raspoloživi kapacitet grafita.

Predtretman strujnog kolektora

Litijum-jonske baterije bez anode sastavljaju kolektor struje direktno sa baterijom bez dodavanja viška litijuma, pri čemu se metalni litijum formira redukcijom litijum jona na strujnom kolektoru iz potpuno litirane katodne ploče tokom prvog ciklusa punjenja. Ovaj koncept je opširno proučavan u oblasti litijum-jonskih baterija, a neki timovi su proširili ovaj dizajn na potpuno čvrste litijumske baterije. Gu et al. urezao površinu strujnog kolektora od nerđajućeg čelika (SSCC) u različitom stepenu, upario ga sa čvrstim elektrolitom Li5.5PS4.5Cl1.5 i proveo elektrostatički ciklus koristeći asimetričnu konfiguraciju baterije (litijumska folija|folija od nerđajućeg čelika). Eksperimentalni rezultati pokazuju da različite SSCC hrapavosti imaju veći utjecaj na performanse baterije. Potpuno čvrste baterije sastavljene sa SSCC-ima sa hrapavošću od 180 nm imaju bolje performanse elektrohemijskog ciklusa od baterija sa hrapavošću od samo 20 nm. Ovo je zbog hrapave površine koja povećava kontaktne tačke između elektrolita i kolektora struje, pružajući više reakcionih tačaka i omogućavajući ravnomerno taloženje litijuma na interfejsu. Međutim, kada hrapavost površine prelazi 500 nm, jako hrapava površina uzrokuje da litijevi joni jedva dosegnu ograničene kontaktne točke na urezanom dnu strujnog kolektora. Ovo smanjuje precipitaciju litijuma i pokazuje lošije performanse. Ovaj fenomen se ne dešava u tečnim baterijama. Ovo pokazuje da se interakcija između čvrstog elektrolita i strujnog kolektora značajno razlikuje od interakcije tekućeg elektrolita. Neophodno je dalje istražiti osnovni radni mehanizam i karakteristike prije nego što se može provesti dizajn strujnog kolektora pune baterije bez negativnih elektroda.

Sažetak i Outlook

Pojavom LGPS-a sa visokom jonskom provodljivošću, istraživanja sulfidnih potpuno čvrstih litijum-jonskih baterija su se znatno povećala. Među njima, izbor anodnih materijala i rješavanje problema sučelja postali su jedan od fokusa istraživanja. Mnogi naučnici su sveobuhvatno saželi napredak istraživanja na interfejsu litijum anoda/sulfid elektrolit. Ovaj članak daje sistematski pregled glavnih anodnih materijala za potpuno čvrste litijumske baterije zasnovane na sulfidnim elektrolitima, kao što su metalni litijum, legure litijuma i silicijumske anode. Predložen je problem interfejsa između litijumske anode i sulfidnog elektrolita i sažete su zajedničke strategije za poboljšanje svojstava interfejsa. Trenutno su potpuno čvrste litijum-jonske baterije još daleko od komercijalne primene i nemaju kompletna osnovna teorijska istraživanja i tehničku podršku. Stoga, u budućim istraživanjima još uvijek treba obratiti pažnju na sljedeća pitanja.

(1) Anode od legure litijuma imaju odličan kapacitet skladištenja litijuma i stabilnije performanse, te su pokazale veliki potencijal u rješavanju rasta dendrita litij anode i kratkog spoja, postižući visoku gustoću energije i dugotrajno stabilne litijumske baterije u punom stanju. U području potpuno čvrstih baterija, zbog kontaktnih karakteristika sučelja čvrsto-čvrsto, može se riješiti problem ponovnog stvaranja SEI uzrokovanog reakcijom legiranih materijala i tekućih elektrolita. U cilju što bolje primjene anoda od legure potrebno je obaviti osnovne i primijenjene radove na povećanju razumijevanja hemije, elektrohemije, mehaničkih svojstava i mehanizma rada legiranih anoda u čvrstim baterijama, kako bi se zadovoljila potražnja za visoko- kapaciteta, dugotrajno stabilne solid-state baterije. .

(2) Silicijumske anode mogu maksimizirati gustinu energije potpuno čvrstih litijum-jonskih baterija. Međutim, budući da silicijum ima nisku elektronsku provodljivost, uobičajena provodna sredstva za ugljik će ubrzati razgradnju sulfidnih elektrolita. Kako regulisati parametre sastava silicijumske anode tako da ona ne utiče na provodljivu putanju elektrode niti izaziva razgradnju sulfidnog elektrolita je veliki izazov sa kojim se suočava proces pripreme silicijumske anode. To je također tehnička prepreka za veliku industrijalizaciju silicijskih anoda u sulfidnim čvrstim baterijama.

(3) Problemi malih rezervi i visoke cijene metalnog litijuma također treba obratiti pažnju u stvarnim komercijalnim primjenama. Iako je metalna litijumska anoda korisna za proces litijumske prevlake, ona nije neophodna komponenta za postizanje elektrohemijske reakcije litijumskog prevlačenja. Uslovi upotrebe litijum metala su izuzetno teški, a masovna proizvodnja litijumskih baterija će doneti ogromne bezbednosne rizike. Stoga, u cilju smanjenja troškova, poboljšanja sigurnosti i postizanja krajnje komercijalizacije, razvoj litijumskih baterija u punom stanju bez litijumskih anoda predstavlja istraživački pravac. Na primjer, istraživanje Ag-C kompozitne elektrode daje dobru ideju za sljedeći rad. Osim toga, osnovni radni mehanizam i karakteristike strujnih kolektora također zahtijevaju daljnja istraživanja kako bi se strujni kolektori unaprijed tretirali na ciljani način kako bi se dobile potpuno čvrste baterije visokih performansi bez negativnih elektroda.

Razvoj materijala za negativne elektrode u području potpuno čvrstih baterija još uvijek ima dug put. Produbljivanjem istraživanja, potpuno čvrste baterije bazirane na visokoenergetskim negativnim elektrodama definitivno će pokazati svoje jedinstvene prednosti u oblasti sekundarnih baterija.