固态锂金属电池在克服锂离子电池的理论限制方面显示出巨大的前景，实现重量和体积能量密度分别高达500 Wh kg−1和1,000 Wh l−1。
虽然零锂过量配置特别有吸引力，但充电时不均匀的锂沉积会导致活性锂损失，并随之带来库仑效率的降低。
因此目前需要过量的锂；然而，这会对能量密度产生负面影响，因此限制其厚度至关重要。
2024年12月11日，牛津大学Mauro Pasta教授在国际顶级期刊Nature Energy发表题为《Techno-economic assessment of thin lithium metal anodes for solid-state batteries》的研究论文，Matthew Burton为论文第一作者，Mauro Pasta教授为论文通讯作者。
Mauro Pasta，牛津大学教授。获得意大利米兰大学多个学位，曾在斯坦福大学从事博士后研究，师从崔屹。
展开剩余78%Mauro Pasta教授的研究兴趣集中在电化学能量存储和转换，主要包括1）储能：锂离子电池、钠离子电池、电网规模储能。2）能量转换：盐度梯度发电（蓝色能量）、海水淡化和脱锂。3）电催化：有机分子电氧化、ORR和HER反应、二氧化碳封存和电还原。
在这里，作者讨论了实现锂薄膜的各种技术的可行性，它们可以扩大到超级工厂生产所需的体积。
作者认为热蒸发是解决这些挑战的一种潜在的经济有效的途径，并对使用该工艺制备薄而致密的锂金属箔相关的预计成本进行了技术经济评估。
最后，作者估算了使用热蒸发锂箔制成的固态电池组的成本。
图1：锂金属负极厚度在固态电池中的分析
图2：锂金属负极商业化生产方法的示意图
图3：已制备的（1.2米）和潜在的（3.0米）辊对辊（R2R）沉积基板宽度的比较
图4：不同生产成本变化对生产成本及其成本比例的影响
图5：纯化锂和电力价格对17微米锂金属负极生产成本的综合影响
图6：热蒸发锂金属负极生产成本的全球技术经济分析
图7：液态和固态电池的原材料及组装包装成本
综上，作者对固态锂电池中薄锂金属负极的技术经济性进行了评估，探讨了实现高能量密度和循环稳定性所需的锂金属负极厚度和制备成本。
研究发现，通过热蒸发技术制备约17微米厚的锂金属负极是实现1000 Wh L−1能量密度的关键，且在西欧电力价格下的生产成本为每平方米4.30美元，相较于传统石墨负极的成本有所增加，但考虑到固态电池的安全性、快速充电和高能量密度的优势，这一成本增加是合理的。
这项研究为固态电池的商业化提供了重要的经济数据支持，并指出了降低成本和提高电池性能的潜在途径，对推动固态电池技术的发展和应用具有重要意义。
Burton, M., Narayanan, S., Jagger, B.et al. Techno-economic assessment of thin lithium metal anodes for solid-state batteries. Nat Energy (2024).
发布于：广东省