Anode for sulfidbasert helsolid-state litiumbatteri - del 2 Andre anoder

Nylig fremgang på anode for sulfidbaserte hel-solid-state litiumbatterier

—— Del 2 Andre anoder

Forfatter:

JIA Linan, DU Yibo, GUO Bangjun, ZHANG Xi

1. School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200241, Kina

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

Litiumlegering anode

På grunn av alvorlige grensesnittsidereaksjoner er det vanskelig å bruke rent litium direkte i faste sulfidelektrolytter på kort sikt, så litiumlegeringsmaterialer gir et mer attraktivt alternativ. Sammenlignet med metalliske litiumanoder, kan litiumlegeringsanoder forbedre grensesnittfuktbarheten, hemme forekomsten av grensesnittsidereaksjoner, forbedre den kjemiske og mekaniske stabiliteten til det faste elektrolyttgrensesnittet og unngå kortslutninger forårsaket av veksten av litiumdendritter. Samtidig, sammenlignet med flytende litium-ion-batterier, kan legeringsanoder vise høyere energitetthet og bedre stabilitet i all-solid-state batterier. Imidlertid vil legeringsnegative elektroder gjennomgå større volum og strukturelle endringer under ladning og utladning (som Li-Si-legering, Li-Sn-legering, etc.), så ytterligere forskning er nødvendig på utvikling og anvendelse av legeringsmaterialer. Blant forskjellige litiumlegeringer er Li-In-legering populær i laboratorieskala på grunn av dens bedre mekaniske duktilitet og konstante redokspotensial (0.62 V vs Li+/Li) over et bredt støkiometrisk område. Li-In-legeringer anses generelt for å være termodynamisk og kinetisk stabile materialer for sulfidelektrolytter. Den er mye brukt i laboratorier for å teste ytelsen til elektrolytter eller katodematerialer, samtidig som den viser god syklusstabilitet under forhold med lav strøm og lav belastning. Redokspotensialet og molekylvekten til Li-In-legering er imidlertid høy, noe som i stor grad reduserer energitetthetsfordelen til hel-solid-state litium-ion-batterier. Generelt mener studier at det ikke er vekst av litiumdendritter i Li-In-legeringer. Imidlertid, Luo et al. utførte lade- og utladningstester på Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 hel-solid-state batteri under høy strømtetthet (3,8 mA·cm-2) og høy belastning (4 mA·h·cm{{23} }). Batteriet ble funnet å ha en kortslutning etter omtrent 900 sykluser. Batteriet opprettholdt stabil sykluskapasitet og nesten 100 % coulombisk effektivitet under lade-utladingssykluser opp til 890 sykluser, men kapasiteten begynte å synke raskt etter 891 sykluser, og falt til nær 0 ved 897. syklus. Den relevante lade- og utladningsspenningskurven til batteriet fra 891. til 897. syklus, hvor ladekapasiteten øker gradvis, mens den tilsvarende utladingskapasiteten avtar. I den 897. syklusen fortsetter batteriet å lade og kapasiteten fortsetter å øke, ledsaget av en lavere spenningsøkningshastighet, noe som indikerer forekomsten av en intern kortslutning og batterisvikt. Vekstmekanismen til Li-In dendritter ble avslørt gjennom SEM, XPS og andre karakteriseringer og AIMD-simulering. Indikerer at under forhold med høy strøm og høy belastning. Metallic In er termodynamisk og kinetisk ustabil overfor sulfidelektrolytter. Volumendringer og små grensesnittreaksjoner induserer veksten av Li-In dendritter, noe som til slutt fører til batterisvikt under lange sykluser. Forskjellig fra den vertikale veksten av litiumdendritter, er vekstmodusen til Li-In dendritter lateral vekst langs porene og korngrensene. Veksthastigheten er langsom og den forårsaker liten skade på sulfidelektrolyttstrukturen (Figur 6). Derfor kan Li-In dendrittvekst undertrykkes ved å forbedre den elektrokjemiske stabiliteten til metallelektroden/fast elektrolytt og redusere porøsiteten til elektrolytten.

Fig. 6 Utvikling av grensesnitt før og etter sykling for Li-In|LPSCl|LNO@NCM622-celle

Al har fordelene med høy duktilitet, høye reserver og høy elektronisk ledningsevne. Den har en høy teoretisk spesifikk kapasitet (990 mA·h·g-1) og en liten volumekspansjonshastighet (96 %) blant litiumlegeringsmaterialer. Det er et av de mer lovende all-solid-state litiumbatterianodematerialene. Som vist i figur 7(a), Pan et al. utarbeidet en negativ elektrode i Li-Al-legering uten bindemiddel og ledende middel (Li0.8Al, spesifikk kapasitet 793 mA·h·g-1, 0,35 V vs Li+/Li). Har god kompatibilitet med LGPS elektrolytt. Dette skyldes det faktum at arbeidspotensialet til den forberedte Li-Al-legeringsanoden er innenfor det faktiske elektrokjemiske stabilitetsvinduet til LGPS [fig. 7(b)]. For å forhindre at elektrolytten ble redusert og dekomponert, viste det sammensatte hel-solid-state-batteriet utmerket reversibilitet, med en kapasitetsretensjonsrate så høy som 93,29 % i 200 sykluser. Under betingelsen med N/P-forhold på 1,25 nådde batterienergitettheten 541 W·h·kg-1, noe som beviser at Li-Al-legering har utmerkede bruksmuligheter.

Fig. 7 Skjema av Li-Al-legeringsanoden i ASSLB-er

Sakuma et al. studerte matchingen av Li-Sn-legering, Li-Si-legering og Li4-x Ge1-x P x S4-elektrolytt, og observerte mindre grensesnittmotstand og høyere redokspotensial. Hashimoto et al. brukte høyenergikulefresing for å forberede en serie med Li4.4Ge x Si1-x (x=0~1.0). Blant dem viser Li4.4Ge0.67Si0.33 den største spesifikke kapasiteten (190 mA·h·g-1) og har god reversibilitet for lading og utladning. Park et al. brukte mekanisk kulefresing for å blande og male litiumpulver og silisiumpulver for å klargjøre Li4.4Si-legeringen, Li4Ti5O12-positive elektrode og Li2S-P2S5-elektrolytt for å sette sammen et hel-solid-state litiumbatteri. Studien fant at ytelsen til batteriet ble betydelig forbedret etter sekundær kulefresing av Li-Si-legeringen, det vil si at reduksjonen i partikkelstørrelsen til litium-Si-legeringen bidro til jevn avsetning og stripping av litium under lade- og utladningsprosess.

Litiumlegeringsfilmer kan også brukes som et middel for å stabilisere det negative elektrodegrensesnittet. Choi et al. brukte en enkel valsemetode for å kombinere Ag med en tykkelse på 10 μm og Li med en tykkelse på 150 μm og deretter påført eksternt trykk for å oppnå en Li-Ag-legeringsfilm. Det høye innholdet av Ag danner lett et stabilt grensesnitt med sulfidelektrolytten og hemmer veksten av litiumdendritter. I tillegg deltar den gjenværende lille mengden Ag som ikke danner Li-Ag-legeringen i den faste løsningsreaksjonen med Li, som lindrer ujevn vekst av litium. Det sammensatte hel-solid-state-batteriet viste en kapasitetsbevaring på 94,3 % over 140 sykluser, og kunne også sykle stabilt med en høy hastighet på 12 C. Forskning av Kato et al. fant ut at innsetting av en Au-film ved Li/Li3PS4-elektrolyttgrensesnittet kan forhindre dannelse av hulrom etter første litiumoppløsning og øke Li-avsetningssteder, noe som bidrar til å forbedre reversibiliteten til batteriet. I tillegg kan oppløsningen av Au-filmen til metallisk litium være en grunn til å forbedre den elektrokjemiske ytelsen til det negative elektrodegrensesnittet. Li-symmetriske celler med en Au-film satt inn ved Li/Li3PS4-grensesnittet kan fungere stabilt ved høy strømtetthet (1,3 mA·cm-2) og kapasitet med stort areal (6,5 mA·h·cm-2 ) uten kortslutning. Det sammensatte Li/Au/Li3PS4/LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 hel-solid-state-batteriet har en sykluslevetid på mer enn 200 ganger ved en høy strømtetthet på 2,4 mA·cm-2.

Silisium anode

Si anses å være et av de mest lovende anodematerialene på grunn av sin ultrahøye teoretiske spesifikke kapasitet (4200 mA·h·g-1), høye reserver, lave kostnader, miljøvennlighet, ikke-toksisitet, og lavt driftspotensial på 0,4 V. Forskning på anvendelse av Si-anoder i flytende litium-ion-batterier har blitt utviklet i mer enn tretti år og er fortsatt svært populær. Nylig, ettersom all-solid-state litiumbatterier har gått inn i energiforskningsfeltet, har arbeidet begynt med å konvertere den velutviklede silisiumteknologien fra flytende litium-ion batterisystemer til all-solid-state batterisystemer. Sammenlignet med forskningen på utvikling av høykapasitets silisiumanoder for flytende litiumionbatterier, selv om det er få rapporter om bruken av silisiumanoder basert på sulfid-helfaststoffbatterier, er resultatene som er vist fortsatt ganske viktige. Si-anoden har imidlertid lav elektronisk ledningsevne (1,56×10-3 S·m-1), lav litiumionediffusjonskoeffisient (10-14-10-13 cm2·S-1) og stor volumutvidelse (Li4. 4Si er ca. 360%) og andre ulemper, noe som begrenser bruksomfanget. Grunnen til at den negative Si-elektroden svikter i batteriet, skyldes generelt den store volumutvidelsen av Si under lithiation/delithiation-prosessen, som forårsaker pudderdannelse, sprekkdannelser og enorm stress, og gir en rekke alvorlige destruktive konsekvenser. For eksempel: (1) Forringelse av den strukturelle integriteten til elektroden på grunn av gjentatt knusing under utladning/lading. (2) Frakobling mellom elektroden og strømsamleren forårsaket av grensesnittsspenning. (3) Litiumioner forbrukes kontinuerlig under den kontinuerlige dannelse-destruksjon-reformasjonsprosessen av SEI-laget.

For tiden er vanlig brukte metoder for å optimalisere silisiumanoder for hel-solid-state litiumbatterier størrelseskontroll (nano-silisium), strukturell design, tynnfilmanoder, legering, trykkpåføring, komposittanoder med avanserte bindemidler/ledende materialer (som Si -C-anoder), etc. Sakabe et al. brukte magnetronsputtering for å forberede ikke-porøse og porøse amorfe silisiumanoder, og kombinerte dem med 80Li2S·20P2S5-elektrolytt for å utføre tester for syklusevne. Etter 100 sykluser viste den 3,00 µm tykke ikke-porøse amorfe silisiumfilmen bare omtrent 47 % kapasitet i forhold til den 10. syklusen. Den 4,73 µm porøse amorfe silisiumfilmen viser en litiumkapasitet så høy som 3000 mA·h·g-1. Etter 100 sykluser overstiger kapasitetsretensjonsraten sammenlignet med den 10. syklusen 93 %. Det viser at den porøse strukturen effektivt kan forbedre syklusstabiliteten til batteriet. Okuno et al. påførte den porøse silisiumkomposittanoden på et hel-solid-state-batteri med Li3PS4-elektrolytt og viste en høy kapasitetsretensjonsrate på mer enn 90 % i 100 sykluser. Dette er fordi porene i silisiumpartiklene løser opp de enorme volumendringene under lithiering og delithiation, og forbedrer syklusstabiliteten. I motsetning til dette er syklusstabiliteten til kommersielle ikke-porøse silisiumanoder dårlig, og kapasitetsretensjonshastigheten i 100 sykluser er bare 20 % eller enda lavere. Poetke et al. rapporterte at silisium-karbon-kompositt-nanomaterialer ble brukt som negative elektroder for all-solid-state litium-ion-batterier og ble brukt på Si-C|Li6PS5Cl|NCM fulle batterier. Den nanostrukturerte Si-C-kompositten som ble brukt i studien gir et gap mellom silisiumnanopartikler (SiNPs) og et ytre karbonskall. Karbonskallet kan effektivt kompensere for endringer i silisiumvolum, og forbedrer den elektrokjemiske ytelsen sammenlignet med bare SiNP-er.

De siste årene har det akademiske miljøet gjentatte ganger oppnådd gjennombrudd i forskningen på rene silisiumanoder. I 2020, Cangaz et al. rapporterte en søyleformet silisiumanode fremstilt ved en PVD-prosess, og kombinert med en Li6PS5Cl-elektrolytt og en LiNi0.9Co{{90}}.05Mn0.05O2-katode for å forberede en hel-solid-state-batteri med høy spesifikk kapasitet (210 mA·h·g-1). Den søyleformede silisiumanoden har blitt stabilisert i mer enn 100 ganger under en høy belastning på 3,5 mA·h·cm-2, med en Coulombic-effektivitet så høy som 99,7 %~99,9 %. Under syklusen viser den søyleformede silisiumstrukturen en endimensjonal pusteeffekt som ligner på litiumanoden i vertikal retning. Denne endimensjonale pusten kan kompenseres av den iboende porøsiteten til den søyleformede silisiumstrukturen og det ytre stabeltrykket, og danner en stabil todimensjonal SEI. Samtidig undertrykker stabeltrykket (20 MPa) også delamineringen av søylesilisiumet og strømkollektoren. Sammenlignet med metalliske litiumanoder, eliminerer denne søyleformede silisiumanoden risikoen for litiumdendritter, kortslutninger og dødt litiumtap. I 2021, Tan et al. rapporterte en 99,9,9 % (masse) kommersiell mikronklasse ren silisium Si (μ-Si) anode. Grensesnittkontaktområdet mellom den negative elektroden og Li6PS5Cl-elektrolytten er et todimensjonalt plan, selv om volumutvidelse skjer under ladning og utladning. Imidlertid er det todimensjonale planet fortsatt beholdt, og det dannes ikke noe nytt grensesnitt. Li-Si-legeringen dannet av den lithierte μ-Si negative elektroden har unike kjemiske og mekaniske egenskaper, som øker kontaktområdet mellom den negative elektroden og elektrolytten [Figur 8(a)]. Helsolid-state litiumbatteriet satt sammen av μ-Si, Li6PS5Cl elektrolytt og NCM811 kan fungere stabilt innenfor en høy overflatestrømtetthet (5 mA·cm-2) og et bredt temperaturområde (-20~ 80 grader). Den har en kapasitetsretensjonsrate på 80 % etter 500 stabile sykluser og en gjennomsnittlig Coulombic-effektivitet på 99,95 % [Figur 8(b)], som er den beste ytelsen til mikrosilisium-helsolid-state-batterier rapportert så langt. Det er verdt å nevne at μ-Si-anoden gjennomgår syklus med høy strømtetthet uten ledende karbonmaterialer, noe som effektivt undertrykker nedbrytningen av sulfidelektrolytten. Det gir nye ideer for de negative effektene av karbon i Si-C komposittelektroder i konvensjonell tenkning. I 2022, Cao et al. forberedt en kompositt negativ elektrode sammensatt av nano-silisium (nm-Si) partikler, ledende karbon og Li6PS5Cl gjennom kulefresing. Den negative komposittelektroden har god elektronisk og ioneledningsevne på innsiden, noe som effektivt kan redusere den lokale strømtettheten og hemme genereringen av litiumdendritter på overflaten av den negative elektroden. Den er kombinert med et enkeltkrystall NMC811 katodemateriale belagt med en sol-gel-metode. Ved å bruke en Li6PS5Cl-film med en tykkelse på 47 μm som elektrolytt, ble det oppnådd et hel-solid-state litiumbatteri med en energitetthet på opptil 285 W·h·kg-1. Det fulle batteriet oppnådde en høy kapasitet på 145 mA·h·g-1 ved C/3 i 1000 stabile sykluser. Den sammensatte silisiumanoden viser utsiktene til storskala produksjon, reduserer kostnadene betydelig og gir en retning for kommersialiseringen av helsolid-state litiumbatterier. Forskjellig fra Tans negative elektrodedesignkonsept, tilfører denne negative komposittelektroden ikke bare elektrolytt, men tilfører også karbonledende middel. Årsaken er at sammenlignet med μ-Si har nm-Si et høyere overflateareal, det er flere grenser i silisiumanoden, og det er vanligvis et lag med SiO på overflaten av nm-Si. Derfor er den elektriske ledningsevnen generelt 3 størrelsesordener lavere enn for μ-Si, noe som hindrer elektronledning under ladning og utladning. Eksperimenter viser at under prosessen med å fjerne litium fra denne nm-Si-anoden, brytes elektrolytten bare litt ned, og det produseres ingen litiumdendritter. Basert på systemet ovenfor, Cao et al. foreslått en batteriarkitektur med en bipolar stabeldesign. Enkeltcellene er koblet i serie gjennom en strømkollektor for å redusere bruken av inaktive materialer, og dermed oppnå høyere energitetthet. Mer spesifikt fungerer et dobbeltlags stablet hel-solid-state litiumbatteri laget av grensesnittstabile enkeltkrystaller LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2, Li6PS5Cl og nm-Si som henholdsvis positiv elektrode, elektrolytt og negativ elektrode, og gir en høyspenning på 8,2 V. Energitettheten på batterinivå er 204 W·h·kg-1, som er høyere enn 189 W·h·kg-1 til et enkelt batteri. Denne bipolare stablede designen har god referansebetydning for hele solid-state batterifeltet.

Fig.8 Grensesnittkarakterisering og syklingsytelse mellom µ-Si-anode og Li6PS5Cl i ASSLB-ene

Tabell 1 oppsummerer løsningene til sulfidfast elektrolytt/anode-grensesnittet og de tilsvarende fordeler og ulemper.

Tabell 1 Tar opp strategier for grensesnittproblemer mellom anoder og sulfidbaserte faststoffelektrolytter

Andre anoder

Sølv karbon negativ elektrode

Lee et al. rapporterte en hel-solid-state batteridesign med et sølv-karbon (Ag/C) mellomlag [Figur 9(a)]. Denne mellomlagsdesignen regulerer effektivt litiumavsetningsprosessen, og svært reversible litiumavsetninger og stripping-fenomener observeres mellom Ag/C-laget og strømkollektoren. Blant dem brukes C til å skille Li6PS5Cl-elektrolytten fra det avsatte metalliske litiumet, som ikke bare unngår reduksjon av elektrolytten, men også forhindrer dannelsen av litiumdendritter. Ag kan redusere kjernedannelsesenergien til metallisk litium for å danne en Ag-Li-legering. En del av Ag beveger seg til overflaten av strømkollektoren for å danne en fast løsning med metallisk litium, noe som fremmer jevn litiumavsetning. Etter utslippet er det metalliske litiumlaget fullstendig oppløst, mens Ag forblir mellom strømkollektoren og Ag-C laget. Denne designen kan imøtekomme volumendringen av metallisk litium under sykling, redusere den lokale strømtettheten til litiumanoden og forbedre syklusstabiliteten. Som vist i figur 9(b), viser det sammensatte posebatteriet (0.6 Ah) høy energitetthet (større enn 900 W·h·L-1) ved 60 grader . Stabil Coulombic effektivitet over 99,8 %. Lang levetid (1000 sykluser). Det gir nye ideer for kommersiell bruk av helsolid-state litiumbatterier.

Fig.9 Struktur og syklingsytelse for sulfidbaserte ASSLB-er som brukes Ag-C-anode

Grafitt

Blant ulike interkalerte anodematerialer for litiumionbatterier er grafitt det mest kommersielt vellykkede materialet på grunn av dets lave kostnader, store reserver og lange sykluslevetid. Imidlertid har grafitt ikke blitt fokus for valg av negativt elektrodemateriale på grunn av den begrensede teoretiske kapasiteten når det gjelder hel-solid-state batterier. I tidlige rapporter ble grafitt ofte brukt som anodemateriale for nylig syntetiserte faste sulfidelektrolytter. Senere forskning vendte seg mot å fokusere på den grunnleggende arbeidsmekanismen til grafitt i sulfid ASSLB-er for å optimalisere design og produksjon av elektroder. Grafitt brukes ofte som rammeverk for høyenergi-anodematerialer i nyere forskning, og gir strukturell integritet og elektrisk ledningsevne. Imidlertid har andre negative strømelektroder som litium og silisium fortsatt problemer som høye kostnader, stor volumutvidelseshastighet og ustabil syklus. Derfor kan grafitt, som et materiale med lave kostnader, store reserver, høy grad av kommersialisering og høy stabilitet, spille en viktig rolle i prosessutviklingen av all-solid-state batterier i de tidlige stadiene. Det er nødvendig å kontinuerlig optimalisere den tilgjengelige kapasiteten til grafitt.

Nåværende kollektor forbehandling

Anodeløse litium-ion-batterier setter sammen strømkollektoren direkte med batteriet uten å tilsette overflødig litium, der metallisk litium dannes ved reduksjon av litiumioner på strømkollektoren fra den fullt litiumbelagte katodepletteringen under den første ladesyklusen. Dette konseptet har blitt studert mye innen litium-ion-batterier, og noen team har utvidet denne designen til hel-solid-state litium-batterier. Gu et al. etset overflaten av strømsamleren i rustfritt stål (SSCC) i varierende grad, matchet den med Li5.5PS4.5Cl1.5 fast elektrolytt, og utførte elektrostatisk sykling ved bruk av en asymmetrisk batterikonfigurasjon (litiumfolie|rustfri stålfolie). Eksperimentelle resultater viser at ulike SSCC-ruheter har større innvirkning på batteriytelsen. All-solid-state batterier satt sammen med SSCCer med en ruhet på 180 nm har bedre elektrokjemisk syklusytelse enn batterier med en ruhet på bare 20 nm. Dette skyldes at den ru overflaten øker kontaktpunktene mellom elektrolytten og strømkollektoren, gir flere reaksjonspunkter og tillater jevn avsetning av litium på grensesnittet. Men når overflateruheten overstiger 500 nm, fører den svært ru overflaten til at litiumionene knapt når de begrensede kontaktpunktene ved den etsede bunnen av strømkollektoren. Dette reduserer utfellingen av litium og viser dårligere ytelse. Dette fenomenet forekommer ikke i flytende batterier. Dette viser at interaksjonen mellom den faste elektrolytten og strømkollektoren er vesentlig forskjellig fra den flytende elektrolytten. Det er nødvendig å utforske den grunnleggende arbeidsmekanismen og egenskapene ytterligere før strømkollektordesignet til det negative elektrodefrie all-solid-state batteriet kan utføres.

Sammendrag og Outlook

Med fremveksten av LGPS med høy ionisk ledningsevne, har forskningen på sulfid-solid-state litium-ion-batterier økt kraftig. Blant dem har valg av anodematerialer og løsning av grensesnittproblemer blitt et av forskningsfokusene. Mange forskere har omfattende oppsummert forskningsfremgangen på litiumanode/sulfidelektrolyttgrensesnittet. Denne artikkelen gir en systematisk oversikt over de vanlige anodematerialene for helfaststofflitiumbatterier basert på sulfidelektrolytter, for eksempel metallisk litium, litiumlegeringer og silisiumanoder. Grensesnittproblemet mellom litiumanode og sulfidelektrolytt ble foreslått, og vanlige strategier for å forbedre grensesnittegenskapene ble oppsummert. For tiden er litium-ion-batterier i fast tilstand fortsatt langt fra kommersiell bruk og mangler fullstendig grunnleggende teoretisk forskning og teknisk støtte. Følgende problemstillinger må derfor fortsatt tas hensyn til i fremtidig forskning.

(1) Anoder av litiumlegering har utmerket litiumlagringskapasitet og mer stabil ytelse, og har vist stort potensiale for å løse litiumanodedendrittvekst og kortslutning, og oppnå høy energitetthet og langsiktige stabile litiumbatterier i fast tilstand. På feltet av all-solid-state-batterier, på grunn av kontaktegenskapene til solid-solid-grensesnittet, kan problemet med gjentatt SEI-generering forårsaket av reaksjonen av legeringsmaterialer og flytende elektrolytter løses. For bedre å kunne anvende legeringsanoder, må grunnleggende og anvendt arbeid utføres for å øke forståelsen av kjemi, elektrokjemi, mekaniske egenskaper og arbeidsmekanisme til legeringsanoder i solid-state batterier, for å møte etterspørselen etter høy- kapasitet, langtidsstabile solid-state batterier. .

(2) Silisiumanoder kan maksimere energitettheten til hel-solid-state litium-ion-batterier. Men fordi silisium har lav elektronisk ledningsevne, vil vanlige karbonledende midler akselerere nedbrytningen av sulfidelektrolytter. Hvordan man regulerer sammensetningsparametrene til silisiumanoden slik at den verken påvirker elektrodens ledende bane eller forårsaker nedbrytning av sulfidelektrolytten er en stor utfordring for silisiumanodefremstillingsprosessen. Det er også en teknisk barriere for storskala industrialisering av silisiumanoder i sulfid solid-state batterier.

(3) Problemene med små reserver og høy pris på metallisk litium må også tas hensyn til i faktiske kommersielle applikasjoner. Selv om den metalliske litiumanoden er gunstig for litiumpletteringsprosessen, er den ikke en nødvendig komponent for å oppnå elektrokjemisk reaksjon med litiumplettering. Bruksforholdene til litiummetall er ekstremt tøffe, og masseproduksjon av litiumbatterier vil medføre enorme sikkerhetsrisikoer. Derfor, for å redusere kostnadene, forbedre sikkerheten og oppnå ultimate kommersialisering, er utviklingen av all-solid-state litiumbatterier uten litiumanoder en forskningsretning. For eksempel gir forskningen på Ag-C komposittelektrode en god idé for neste arbeid. I tillegg trenger den grunnleggende arbeidsmekanismen og egenskapene til strømkollektorer også ytterligere forskning for å forbehandle strømkollektorer på en målrettet måte for å oppnå høyytelses all-solid-state batterier uten negative elektroder.

Utviklingen av negative elektrodematerialer innen hel-solid-state batterier har fortsatt en lang vei å gå. Med dypere forskning vil hel-solid-state batterier basert på høyenergi negative elektroder definitivt vise sine unike fordeler innen sekundære batterier.