Progrès récents sur l'anode pour les batteries au lithium entièrement solides à base de sulfure - Autres anodes

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Progrès récents sur l'anode pour les batteries au lithium tout solide à base de sulfure

—— Partie 2 autres anodes

Auteurs :  JIA Linan, DU Yibo, GUO Bangjun, ZHANG Xi

1. École de génie mécanique, Université Jiao Tong de Shanghai, Shanghai 200241, Chine

2. Shanghai Yili nouvelle technologie énergétique Co. , LTD. , Shanghai 201306, Chine

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Anode en alliage de lithium

En raison de réactions secondaires interfaciales sévères, le lithium pur est difficile à utiliser directement dans les électrolytes solides sulfurés à court terme, les matériaux en alliage de lithium constituent donc une option plus attrayante. Par rapport aux anodes métalliques au lithium, les anodes en alliage de lithium peuvent améliorer la mouillabilité de l'interface, inhiber l'apparition de réactions secondaires à l'interface, améliorer la stabilité chimique et mécanique de l'interface de l'électrolyte solide et éviter les courts-circuits provoqués par la croissance des dendrites de lithium. Dans le même temps, par rapport aux batteries lithium-ion liquide, les anodes en alliage peuvent présenter une densité énergétique plus élevée et une meilleure stabilité dans les batteries entièrement solides. Cependant, les électrodes négatives en alliage subiront des changements de volume et de structure plus importants pendant la charge et la décharge (comme l'alliage Li-Si, l'alliage Li-Sn, etc.), des recherches supplémentaires sont donc nécessaires sur le développement et l'application de matériaux en alliage. Parmi les différents alliages de lithium, l'alliage Li-In est populaire à l'échelle du laboratoire en raison de sa meilleure ductilité mécanique et de son potentiel redox constant (0,62 V vs Li+/Li) sur une large plage stoechiométrique. Les alliages Li-In sont généralement considérés comme des matériaux thermodynamiquement et cinétiquement stables pour les électrolytes sulfurés. Il est largement utilisé dans les laboratoires pour tester les performances des électrolytes ou des matériaux cathodiques, tout en montrant une bonne stabilité de cycle dans des conditions de faible courant et de faible charge. Cependant, le potentiel redox et le poids moléculaire de l’alliage Li-In sont élevés, ce qui réduit considérablement l’avantage en termes de densité énergétique des batteries lithium-ion entièrement solides. En général, les études estiment qu’il n’y a pas de croissance de dendrites de lithium dans les alliages Li-In. Cependant, Luo et al. effectué des tests de charge et de décharge sur une batterie tout solide Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 sous une densité de courant élevée (3,8 mA·cm-2) et une charge élevée (4 mA·h·cm-2). La batterie présentait un court-circuit après environ 900 cycles. La batterie a maintenu une capacité de cycle stable et une efficacité coulombienne de près de 100 % pendant les cycles de charge-décharge jusqu'à 890 cycles, mais la capacité a commencé à diminuer rapidement après 891 cycles, tombant à près de 0 au 897e cycle. La courbe de tension de charge et de décharge pertinente de la batterie du 891e au 897e cycle, au cours de laquelle la capacité de charge augmente progressivement, tandis que la capacité de décharge correspondante diminue. Au 897ème cycle, la batterie continue de se charger et la capacité continue d'augmenter, accompagnée d'un taux d'augmentation de tension plus faible, ce qui indique l'apparition d'un court-circuit interne et d'une panne de batterie. Le mécanisme de croissance des dendrites Li-In a été révélé par SEM, XPS et autres caractérisations et simulation AIMD. Indique cela dans des conditions de courant élevé et de charge élevée. L’In métallique est thermodynamiquement et cinétiquement instable aux électrolytes sulfurés. Les changements de volume et de légères réactions interfaciales induisent la croissance de dendrites Li-In, conduisant finalement à une panne de batterie lors de cycles longs. Différent de la croissance verticale des dendrites de lithium, le mode de croissance des dendrites Li-In est une croissance latérale le long des pores et des joints de grains. Le taux de croissance est lent et cause peu de dommages à la structure de l’électrolyte sulfuré (Figure 6). Par conséquent, la croissance des dendrites Li-In peut être supprimée en améliorant la stabilité électrochimique de l'électrode métallique/électrolyte solide et en réduisant la porosité de l'électrolyte.

Fig.6 Evolution de l'interface avant et après cyclage pour la cellule Li-In|LPSCl|LNO@NCM622

 

Al présente les avantages d’une ductilité élevée, de réserves élevées et d’une conductivité électronique élevée. Il a une capacité spécifique théorique élevée (990 mA·h·g-1) et un faible taux d'expansion volumique (96 %) parmi les matériaux en alliage de lithium. Il s’agit de l’un des matériaux d’anode pour batteries au lithium entièrement solides les plus prometteurs. Comme le montre la figure 7 (a), Pan et al. préparé une électrode négative en alliage Li-Al sans liant ni agent conducteur (Li0,8Al, capacité spécifique 793 mA·h·g-1, 0,35 V vs Li+/Li). A une bonne compatibilité avec l'électrolyte LGPS. Cela est dû au fait que le potentiel de fonctionnement de l’anode en alliage Li-Al préparée se situe dans la fenêtre de stabilité électrochimique réelle du LGPS [Fig. 7(b)]. Empêchant la réduction et la décomposition de l'électrolyte, la batterie entièrement solide assemblée a montré une excellente réversibilité, avec un taux de rétention de capacité pouvant atteindre 93,29 % en 200 cycles. Dans des conditions de rapport N/P de 1,25, la densité énergétique de la batterie a atteint 541 W·h·kg-1, prouvant que l'alliage Li-Al présente d'excellentes perspectives d'application.

Fig.7 Schémas de l'anode en alliage Li-Al dans les ASSLB

Sakuma et coll. a étudié l'appariement de l'alliage Li-Sn, de l'alliage Li-Si et de l'électrolyte Li4-x Ge1-x P x S4, et a observé une résistance d'interface plus petite et un potentiel redox plus élevé. Hashimoto et coll. utilisé un broyage à billes à haute énergie pour préparer une série de Li4.4Ge x Si1-x (x = 0 ~ 1,0). Parmi eux, Li4.4Ge0.67Si0.33 présente la plus grande capacité spécifique (190 mA·h·g-1) et présente une bonne réversibilité de charge et de décharge. Parc et coll. utilisé un broyage mécanique à billes pour mélanger et broyer de la poudre de lithium et de la poudre de silicium afin de préparer l'alliage Li4.4Si, l'électrode positive Li4Ti5O12 et l'électrolyte Li2S-P2S5 pour assembler une batterie au lithium entièrement solide. L'étude a révélé que les performances de la batterie étaient considérablement améliorées après le broyage secondaire à billes de l'alliage Li-Si, c'est-à-dire que la réduction de la taille des particules de l'alliage lithium-Si était propice au dépôt et au décapage uniformes du lithium pendant le processus de charge et de décharge.

 

Les films en alliage de lithium peuvent également être utilisés comme moyen de stabiliser l’interface de l’électrode négative. Choi et coll. a utilisé une méthode de laminage simple pour combiner Ag d'une épaisseur de 10 μm et Li d'une épaisseur de 150 μm, puis appliqué une pression externe pour obtenir un film d'alliage Li-Ag. La teneur élevée en Ag forme facilement une interface stable avec l’électrolyte sulfuré et inhibe la croissance des dendrites de lithium. De plus, la petite quantité restante d’Ag qui ne forme pas l’alliage Li-Ag participe à la réaction en solution solide avec Li, ce qui atténue la croissance inégale du lithium. La batterie entièrement solide assemblée a montré une rétention de capacité de 94,3 % sur 140 cycles et pouvait également cycler de manière stable à une vitesse élevée de 12 °C. Les recherches de Kato et al. ont découvert que l'insertion d'un film Au à l'interface électrolytique Li/Li3PS4 peut empêcher la formation de vides après la dissolution initiale du lithium et augmenter les sites de dépôt de Li, ce qui contribue à améliorer la réversibilité de la batterie. De plus, la dissolution du film Au dans le lithium métallique peut être une raison pour améliorer les performances électrochimiques de l’interface de l’électrode négative. Les cellules Li-symétriques avec un film Au inséré au niveau de l'interface Li/Li3PS4 peuvent fonctionner de manière stable à une densité de courant élevée (1,3 mA·cm-2) et une capacité de grande surface (6,5 mA·h·cm-2) sans court-circuit. La batterie tout solide Li/Au/Li3PS4/LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 assemblée a une durée de vie de plus de 200 fois à une densité de courant élevée de 2,4 mA·cm-2.

 

Anode en silicium

Le Si est considéré comme l'un des matériaux d'anode les plus prometteurs en raison de sa capacité spécifique théorique ultra-élevée (4 200 mA·h·g-1), de ses réserves élevées, de son faible coût, de son respect de l'environnement, de sa non-toxicité et de son faible potentiel de fonctionnement. 0,4 V. La recherche sur l'application des anodes Si dans les batteries lithium-ion liquide se développe depuis plus de trente ans et est toujours très populaire. Récemment, alors que les batteries au lithium entièrement solides sont entrées dans le domaine de la recherche énergétique, des travaux ont commencé pour convertir la technologie du silicium bien développée des systèmes de batteries lithium-ion liquide aux systèmes de batteries entièrement solides. Cependant, comparés aux recherches sur le développement d'anodes en silicium de haute capacité pour les batteries lithium-ion liquide, bien qu'il existe peu de rapports sur l'application d'anodes en silicium basées sur des batteries entièrement solides au sulfure, les résultats démontrés restent assez importants. Cependant, l'anode en Si a une faible conductivité électronique (1,56 × 10-3 S·m-1), un faible coefficient de diffusion des ions lithium (10-14～10-13 cm2·S-1) et une grande expansion volumique (Li4. 4Si est d'environ 360%) et d'autres inconvénients, ce qui limite son champ d'application. La raison pour laquelle l'électrode négative en Si dans la batterie est généralement due à l'expansion volumique importante du Si pendant le processus de lithiation/délithiation, qui provoque une poudrerie, des fissures et des contraintes énormes, et produit une série de conséquences destructrices graves. Par exemple : (1) Détérioration de l’intégrité structurelle de l’électrode due à un écrasement répété lors de la décharge/charge. (2) Déconnexion entre l'électrode et le collecteur de courant provoquée par une contrainte interfaciale. (3) Les ions lithium sont consommés en continu pendant le processus continu de formation-destruction-réformation de la couche SEI.

Actuellement, les méthodes couramment utilisées pour optimiser les anodes en silicium pour les batteries au lithium entièrement solides comprennent le contrôle de la taille (nano-silicium), la conception structurelle, les anodes à couche mince, l'alliage, l'application de pression, les anodes composites avec des liants/matériaux conducteurs avancés (tels que le Si -Anodes C), etc. Sakabe et al. a utilisé la pulvérisation magnétron pour préparer des anodes en silicium amorphe non poreuses et poreuses, et les a combinées avec un électrolyte 80Li2S·20P2S5 pour effectuer des tests de capacité de cycle. Après 100 cycles, le film de silicium amorphe non poreux de 3,00 µm d'épaisseur n'a montré qu'une capacité d'environ 47 % par rapport au 10ème cycle. Le film de silicium amorphe poreux de 4,73 µm présente une capacité de lithiation pouvant atteindre 3 000 mA·h·g-1. Après 100 cycles, le taux de rétention de capacité par rapport au 10ème cycle dépasse 93%. Cela montre que la structure poreuse peut améliorer efficacement la stabilité du cycle de la batterie. Okuno et coll. appliqué l'anode composite de silicium poreux à une batterie entièrement solide avec un électrolyte Li3PS4 et a montré un taux de rétention de capacité élevé de plus de 90 % en 100 cycles. En effet, les pores des particules de silicium résolvent les énormes changements de volume lors de la lithiation et de la délithiation, améliorant ainsi la stabilité du cycle. En revanche, la stabilité du cycle des anodes en silicium non poreuses commerciales est médiocre et le taux de rétention de capacité sur 100 cycles n'est que de 20 %, voire moins. Poetke et coll. ont rapporté que des nanomatériaux vides composites silicium-carbone étaient utilisés comme électrodes négatives pour les batteries lithium-ion entièrement solides et étaient appliqués avec succès aux batteries complètes Si-C|Li6PS5Cl|NCM. Le composite Si-C nanostructuré utilisé dans l’étude crée un espace entre les nanoparticules de silicium (SiNP) et une coque externe en carbone. La coque en carbone peut compenser efficacement les changements de volume de silicium, améliorant ainsi les performances électrochimiques par rapport aux SiNP nus.

Ces dernières années, la communauté universitaire a réalisé à plusieurs reprises des percées dans la recherche sur les anodes en silicium pur. En 2020, Cangaz et al. ont rapporté une anode en silicium en forme de colonne préparée par un procédé PVD et combinée avec un électrolyte Li6PS5Cl et une cathode LiNi0,9Co0,05Mn0,05O2 pour préparer une batterie entièrement solide avec une capacité spécifique élevée (210 mA·h·g-1 ). L'anode en silicium en forme de colonne a subi des cycles stables plus de 100 fois sous une charge élevée de 3,5 mA.h.cm-2, avec un rendement coulombien aussi élevé que 99,7 % ~ 99,9 %. Pendant le cycle, la structure colonnaire de silicium présente un effet respiratoire unidimensionnel similaire à l'anode de lithium dans la direction verticale. Cette respiration unidimensionnelle peut être compensée par la porosité intrinsèque de la structure colonnaire de silicium et la pression externe de l'empilement, formant ainsi un SEI bidimensionnel stable. Dans le même temps, la pression de l'empilement (20 MPa) supprime également le délaminage du silicium en colonne et du collecteur de courant. Par rapport aux anodes métalliques au lithium, cette anode colonnaire en silicium élimine le risque de dendrites de lithium, de courts-circuits et de perte morte de lithium. En 2021, Tan et al. a rapporté une anode commerciale en silicium pur Si (μ-Si) de qualité micronique à 99,9,9 % (en masse). La zone de contact d'interface entre l'électrode négative et l'électrolyte Li6PS5Cl est un plan bidimensionnel, même si une expansion de volume se produit pendant la charge et la décharge. Cependant, le plan bidimensionnel est toujours conservé et aucune nouvelle interface n'est formée. L'alliage Li-Si formé par l'électrode négative lithié μ-Si possède des propriétés chimiques et mécaniques uniques, qui augmentent la zone de contact entre l'électrode négative et l'électrolyte [Figure 8(a)]. La batterie au lithium entièrement solide assemblée par μ-Si, électrolyte Li6PS5Cl et NCM811 peut fonctionner de manière stable dans une densité de courant de surface élevée (5 mA·cm-2) et une large plage de températures (-20~80 ℃). Il a un taux de rétention de capacité de 80 % après 500 cycles stables et une efficacité coulombienne moyenne de 99,95 % [Figure 8(b)], ce qui constitue la meilleure performance des batteries micro-silicium entièrement solides signalée jusqu'à présent. Il convient de mentionner que l'anode μ-Si subit un cycle à haute densité de courant sans matériaux carbonés conducteurs, supprimant ainsi efficacement la décomposition de l'électrolyte sulfuré. Il fournit de nouvelles idées sur les effets néfastes du carbone dans les électrodes composites Si-C dans la pensée conventionnelle. En 2022, Cao et al. préparé une électrode négative composite composée de particules de nano-silicium (nm-Si), de carbone conducteur et de Li6PS5Cl par broyage à boulets. L'électrode négative composite a une bonne conductivité électronique et ionique à l'intérieur, ce qui peut réduire efficacement la densité de courant locale et inhiber la génération de dendrites de lithium à la surface de l'électrode négative. Il est combiné avec un matériau cathodique monocristallin NMC811 recouvert par une méthode sol-gel. En utilisant un film Li6PS5Cl d'une épaisseur de 47 µm comme électrolyte, une batterie au lithium entièrement solide avec une densité énergétique allant jusqu'à 285 W·h·kg-1 a été obtenue. La batterie pleine a atteint une capacité élevée de 145 mA·h·g-1 à C/3 pour 1 000 cycles stables. L'anode composite en silicium ouvre la perspective d'une fabrication à grande échelle, réduit considérablement les coûts et ouvre la voie à la commercialisation de batteries au lithium entièrement solides. Différent du concept de conception d'électrode négative de Tan, cette électrode négative composite ajoute non seulement de l'électrolyte mais ajoute également un agent conducteur de carbone. La raison en est que par rapport au μ-Si, le nm-Si a une surface plus élevée, il y a plus de limites dans l'anode en silicium et il y a généralement une couche de SiO à la surface du nm-Si. Par conséquent, la conductivité électrique est généralement inférieure de 3 ordres de grandeur à celle du µ-Si, ce qui entrave la conduction électronique pendant la charge et la décharge. Les expériences montrent que lors du processus d'élimination du lithium de cette anode nm-Si, l'électrolyte ne se décompose que légèrement et aucune dendrite de lithium n'est produite. Sur la base du système ci-dessus, Cao et al. a proposé une architecture de batterie avec une conception de pile bipolaire. Les cellules individuelles sont connectées en série via un collecteur de courant pour réduire l'utilisation de matériaux inactifs, obtenant ainsi une densité énergétique plus élevée. Plus spécifiquement, une batterie au lithium tout solide empilée à double couche constituée de monocristaux à interface stable LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2, Li6PS5Cl et nm-Si servent respectivement d'électrode positive, d'électrolyte et d'électrode négative, fournissant une haute tension de 8,2 V. La densité énergétique au niveau de la batterie est de 204 W·h·kg-1, ce qui est supérieur aux 189 W·h·kg-1 d'une seule batterie. Cette conception empilée bipolaire a une bonne signification de référence pour l’ensemble du domaine des batteries entièrement solides. obtenant ainsi une densité énergétique plus élevée. Plus spécifiquement, une batterie au lithium tout solide empilée à double couche constituée de monocristaux à interface stable LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2, Li6PS5Cl et nm-Si servent respectivement d'électrode positive, d'électrolyte et d'électrode négative, fournissant une haute tension de 8,2 V. La densité énergétique au niveau de la batterie est de 204 W·h·kg-1, ce qui est supérieur aux 189 W·h·kg-1 d'une seule batterie. Cette conception empilée bipolaire a une bonne signification de référence pour l’ensemble du domaine des batteries entièrement solides. obtenant ainsi une densité énergétique plus élevée. Plus spécifiquement, une batterie au lithium tout solide empilée à double couche constituée de monocristaux à interface stable LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2, Li6PS5Cl et nm-Si servent respectivement d'électrode positive, d'électrolyte et d'électrode négative, fournissant une haute tension de 8,2 V. La densité énergétique au niveau de la batterie est de 204 W·h·kg-1, ce qui est supérieur aux 189 W·h·kg-1 d'une seule batterie. Cette conception empilée bipolaire a une bonne signification de référence pour l’ensemble du domaine des batteries entièrement solides.

Fig.8 Caractérisation interfaciale et performances de cyclage entre l'anode µ-Si et Li6PS5Cl dans les ASSLB

 

Le tableau 1 résume les solutions à l’interface électrolyte solide sulfuré/anode et les avantages et inconvénients correspondants.

Tableau 1 : Stratégies de résolution des problèmes d'interface entre les anodes et les électrolytes solides à base de sulfure

 

Autres anodes

Électrode négative en carbone argenté

Lee et coll. ont rapporté une conception de batterie entièrement solide utilisant une couche intermédiaire argent-carbone (Ag/C) [Figure 9(a)]. Cette conception intercouche régule efficacement le processus de dépôt du lithium, et des phénomènes de dépôt et de décapage du lithium hautement réversibles sont observés entre la couche Ag/C et le collecteur de courant. Parmi eux, C est utilisé pour séparer l'électrolyte Li6PS5Cl du lithium métallique déposé, ce qui évite non seulement la réduction de l'électrolyte mais empêche également la génération de dendrites de lithium. L'Ag peut réduire l'énergie de nucléation du lithium métallique pour former un alliage Ag-Li. Une partie de l'Ag se déplace vers la surface du collecteur de courant pour former une solution solide avec du lithium métallique, favorisant un dépôt uniforme de lithium. Après la décharge, la couche de lithium métallique est complètement dissoute, tandis que Ag reste entre le collecteur de courant et la couche Ag-C. Cette conception peut s'adapter au changement de volume du lithium métallique pendant le cyclage, réduire la densité de courant locale de l'anode au lithium et améliorer la stabilité du cycle. Comme le montre la figure 9(b), la batterie de poche assemblée (0,6 Ah.h) présente une densité énergétique élevée (supérieure à 900 W.h.L-1) à 60°C. Efficacité coulombienne stable supérieure à 99,8 %. Longue durée de vie (1000 cycles). Il fournit de nouvelles idées pour l’application commerciale des batteries au lithium entièrement solides.

 

Fig.9 Structure et performances de cyclage pour les ASSLB à base de sulfure utilisés avec une anode Ag-C

Graphite

Parmi les divers matériaux d'anode intercalés pour les batteries lithium-ion, le graphite est le matériau le plus performant commercialement en raison de son faible coût, de ses grandes réserves et de sa longue durée de vie. Cependant, dans le domaine des batteries entièrement solides, le graphite n’est pas devenu le point central de la sélection des matériaux d’électrode négative en raison de sa capacité théorique limitée. Dans les premiers rapports, le graphite était souvent utilisé comme matériau d'anode pour les électrolytes solides sulfurés nouvellement synthétisés. Des recherches ultérieures se sont concentrées sur le mécanisme de fonctionnement de base du graphite dans les ASSLB sulfurés afin d'optimiser la conception et la fabrication des électrodes. Le graphite est souvent utilisé comme cadre pour les matériaux d'anode à haute énergie dans les recherches récentes, assurant l'intégrité structurelle et la conductivité électrique. Cependant, d'autres électrodes négatives actuelles telles que le lithium et le silicium présentent encore des problèmes tels qu'un coût élevé, un taux d'expansion de volume élevé et un cycle instable. Par conséquent, le graphite, en tant que matériau à faible coût, avec de grandes réserves, un degré élevé de commercialisation et une stabilité élevée, peut jouer un rôle important dans le développement de processus de batteries entièrement solides dès les premiers stades. Il est nécessaire d’optimiser en permanence la capacité disponible en graphite.

 

Prétraitement du collecteur de courant

Les batteries lithium-ion sans anode assemblent le collecteur de courant directement avec la batterie sans ajouter d'excès de lithium, le lithium métallique étant formé par la réduction des ions lithium sur le collecteur de courant à partir du placage cathodique entièrement lithié pendant le premier cycle de charge. Ce concept a été largement étudié dans le domaine des batteries lithium-ion, et certaines équipes ont étendu cette conception aux batteries au lithium entièrement solides. Gu et coll. gravé la surface du collecteur de courant en acier inoxydable (SSCC) à des degrés divers, l'a associé à un électrolyte solide Li5.5PS4.5Cl1.5 et a effectué un cycle électrostatique à l'aide d'une configuration de batterie asymétrique (feuille de lithium | feuille d'acier inoxydable). Les résultats expérimentaux montrent que différentes rugosités SSCC ont un impact plus important sur les performances de la batterie. Les batteries entièrement solides assemblées avec des SSCC d'une rugosité de 180 nm ont de meilleures performances de cycle électrochimique que les batteries d'une rugosité de seulement 20 nm. Cela est dû au fait que la surface rugueuse augmente les points de contact entre l'électrolyte et le collecteur de courant, fournissant ainsi de multiples points de réaction et permettant un dépôt uniforme de lithium sur l'interface. Cependant, lorsque la rugosité de la surface dépasse 500 nm, la surface hautement rugueuse fait que les ions lithium atteignent à peine les points de contact limités au fond gravé du collecteur de courant. Cela réduit la précipitation du lithium et entraîne de moins bonnes performances. Ce phénomène ne se produit pas dans les batteries liquides. Cela montre que l’interaction entre l’électrolyte solide et le collecteur de courant est significativement différente de celle de l’électrolyte liquide. Il est nécessaire d'explorer davantage le mécanisme de fonctionnement et les caractéristiques de base avant de pouvoir réaliser la conception du collecteur de courant de la batterie entièrement solide sans électrode négative.

Résumé et perspectives

Avec l’émergence du LGPS à haute conductivité ionique, la recherche sur les batteries lithium-ion à l’état solide au sulfure a considérablement augmenté. Parmi eux, la sélection des matériaux d'anode et la solution des problèmes d'interface sont devenues l'un des axes de recherche. De nombreux chercheurs ont résumé de manière exhaustive les progrès de la recherche sur l’interface anode de lithium/électrolyte sulfure. Cet article fournit un aperçu systématique des principaux matériaux d'anode pour les batteries au lithium entièrement solides à base d'électrolytes sulfurés, tels que le lithium métallique, les alliages de lithium et les anodes en silicium. Le problème de l'interface entre l'anode au lithium et l'électrolyte sulfure a été proposé, et des stratégies communes pour améliorer les propriétés de l'interface ont été résumées. À l’heure actuelle, les batteries lithium-ion entièrement solides sont encore loin d’être utilisées commercialement et manquent de recherches théoriques de base complètes et de support technique. Par conséquent, les questions suivantes doivent encore être prises en compte dans les recherches futures.

(1) Les anodes en alliage de lithium ont une excellente capacité de stockage du lithium et des performances plus stables, et ont montré un grand potentiel pour résoudre la croissance et les courts-circuits des dendrites d'anode au lithium, atteignant une densité d'énergie élevée et des batteries au lithium tout solide stables à long terme. Dans le domaine des batteries entièrement solides, en raison des caractéristiques de contact de l'interface solide-solide, le problème de génération répétée de SEI provoquée par la réaction de matériaux en alliage et d'électrolytes liquides peut être résolu. Afin de mieux appliquer les anodes en alliage, des travaux fondamentaux et appliqués doivent être effectués pour accroître la compréhension de la chimie, de l'électrochimie, des propriétés mécaniques et du mécanisme de fonctionnement des anodes en alliage dans les batteries à semi-conducteurs, afin de répondre à la demande de produits de haute qualité. Capacité, batteries à semi-conducteurs stables à long terme. .

(2) Les anodes en silicium peuvent maximiser la densité énergétique des batteries lithium-ion entièrement solides. Cependant, comme le silicium a une faible conductivité électronique, les agents conducteurs de carbone couramment utilisés accélèrent la décomposition des électrolytes sulfurés. Comment réguler les paramètres de composition de l'anode en silicium afin qu'ils n'affectent pas le chemin conducteur de l'électrode ni ne provoquent la décomposition de l'électrolyte sulfuré est un défi majeur auquel est confronté le processus de préparation des anodes en silicium. C’est également un obstacle technique à l’industrialisation à grande échelle des anodes en silicium dans les batteries à l’état solide au sulfure.

(3) Les problèmes liés aux faibles réserves et au prix élevé du lithium métallique doivent également être pris en compte dans les applications commerciales réelles. Bien que l’anode métallique en lithium soit bénéfique pour le processus de placage au lithium, elle n’est pas un composant nécessaire pour réaliser un placage au lithium par réaction électrochimique. Les conditions d'utilisation du lithium métal sont extrêmement dures et la production de masse de batteries au lithium entraînera d'énormes risques pour la sécurité. Par conséquent, afin de réduire les coûts, d’améliorer la sécurité et de parvenir à une commercialisation finale, le développement de batteries au lithium entièrement solides sans anodes au lithium constitue une direction de recherche. Par exemple, la recherche sur l’électrode composite Ag-C fournit une bonne idée pour les prochains travaux. En outre, le mécanisme de fonctionnement de base et les caractéristiques des collecteurs de courant nécessitent également des recherches plus approfondies pour prétraiter les collecteurs de courant de manière ciblée afin d'obtenir des batteries entièrement solides de haute performance sans électrodes négatives.

Le développement de matériaux d’électrodes négatives dans le domaine des batteries entièrement solides a encore un long chemin à parcourir. Avec l'approfondissement de la recherche, les batteries entièrement solides basées sur des électrodes négatives à haute énergie montreront certainement leurs avantages uniques dans le domaine des batteries secondaires.