硅负极全固态电池（ASSBs）是一种克服传统锂离子电池能量限制的有前途的候选电池。然而，硅在循环过程中会经历严重的体积变化，导致快速降解从而降低了电池性能。

有鉴于此，德国德累斯顿工业大学Stefan Kaskel报道了采用可伸缩物理气相沉积工艺制备了柱状硅负极（col-Si），并将其集成到基于银辉石型电解质（Li₆PS₅Cl，3.0 mS cm^-1）和以富镍层状氧化物 （LiNi_0.9Co_0.05Mn_0.05O₂，NCM）为正极的高比容量（210 mAh g-1）的全固态电池中。

文章要点

1）在循环过程中，柱结构在垂直方向上表现出类似于锂金属负极的一维呼吸效应。其可以通过硅柱状结构的固有孔隙率和电池组上的外部压力来补偿，这也稳定了2D SEI。此外，通过施加外压（20 MPa）还抑制了硅柱与集流体的分层，同时保持了硅膜的致密性。

2）在工业应用面容量为3.5 mAh cm^-2的全电池中，稳定循环了100多次，库仑效率（CE）高达99.7-99.9%，这是迄今报道的具有硅负极的ASSBs全电池的最高值。阻抗谱显示，第一次锂化后负极电阻大大降低，这确保了在室温下，进行0.9 mA cm^-2的大充电电流时不会出现锂枝晶和短路问题。

3）由于4.2 MPa的压力不足以保持负极和电解质之间的界面，研究人员制备了一套新的袋式电池，并在相同的设置下分别在20和25 MPa下加压。结果表明，袋式电池采用柱状硅负极是可行的，同时电池组的恒定压力可以补偿和改变负极的呼吸效应，从水平收缩到垂直方向的一维呼吸效应。

Sahin Cangaz, et al, Enabling High-Energy Solid-State Batteries with Stable Anode Interphase by the Use of Columnar Silicon Anodes, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202001320

https://doi.org/10.1002/aenm.202001320