三层复合结构的固态电池有什么特点？氧化物固态电解质的技术优势在哪？

固态燃料电池（SOFC）和固态电容器（MLCC）中也采用了氧化物固态电解质技术，能够为氧化物全固态电池的生产提供一定的参考，目前常见的能够用于氧化物固态电解质薄膜的制备工艺如下表所示，其中气相沉积方法在制备大尺寸和大厚度（5-30um）的薄膜时出错概率过高，因此并不实用，而等离子或火焰喷雾法则因为材料的稳定性问题也无法应用，因此最后能够用于氧化物全固态电池生产的方法仅有6种，下图展示了6种薄膜制备方法在固态电解质层和正极层制备中的便利程度，以及在固态电池制备种的可靠性。

为作者根据上面的分析设计的两种可行的氧化物固态电池的生产流程，其中下图a为正极支撑型，首先将正极材料、固态电解质、粘结剂、添加剂和溶剂等混合浆料涂布在集流体上，干燥后进行激光切割，然后进行低温焙烧，然后再次进行激光整形，然后采用喷雾沉积方法在电极表面沉积一层固态电解质层，然后在中等温度下进行烧结（600℃），制备好的极片与金属锂负极组合后就可以制备成为全固态电池，这种方法的优势是不需要采用高温，因此避免了副反应的发生，同时正极和电解质层可以采用不同的固态电解质类型，以充分发挥他们的优势，该方法主要的不成熟环节为喷雾沉积法工艺。

则展示了三层复合结构固态电解质层电池的制备工艺，首先进行多孔结构电解质层的制备，然后再涂布一层高密度电解质层，高温烧结后在多孔层一侧涂布正极浆料，使其深入到多孔结构中，然后进行低温烧结，确保正极材料与电解质之间良好的离子电导率，最后将融化的金属Li涂布在固态电解质的另外一侧完成电池的组装。

影响动力电池应用的另一大因素就是其生产成本，虽然目前固态电池多数还停留在实验室阶段，成本估计还缺少有效数据，但是我们可以通过与其接近的SOFC燃料电池进行估算（如下图所示），下图a为SOFC电池的生产成本，包括人工和烧结在内的加工成本占到了75%，而材料成本仅为25%。由于三层复合电解质层固态电池的生产过程与SOFC电池接近，因此我们可以采用SOFC数据对其成本进行预测，目前全固态电池的材料成本主要受到氧化物固态电解质LLZ的控制，目前LLZ的价格高达2000$/kg，但是随着固态电池技术的发展，因此LLZ的成本会发生大幅的下降，这里可以假设LLZ最低成本能够降低到50$/kg，因此在电池结构相近的情况下，正极LNMO厚度为70um时，单个电池的成本为0.12$，如果降低正极的厚度提高到150um，则单个电池成本会提高到0.23$。

由于固态电池的生产成本中大多数为生产过程成本，因此扩大生产规模能够有效的降低电池的成本，从下图b能够看到在小规模生产（10000只/年）时生产过程成本会达到750-2500$/kWh，但是如果产能扩大到1亿只/年（10-20GWh/年），则生产过程成本会大幅下降到75-240$/kWh，因此最终全固态电池的成本有望下降到140-350Wh/kg。但是即便如此，生产过程成本仍然占比超过50%，相比于锂离子电池（过程成本仅为20-30%）仍然明显偏高。