硫化物全固態鋰離子電池憑借高能量、快速充放電、低溫性能好以及高安全性、長壽命等優點，開創性地解決了液態鋰電池存在的能量密度低、易燃、易爆等一系列問題，成為一項顛覆性前沿科技。硫化物固體電解質具有電位窗寬、電壓高；輸率為 1（液體為 0.5），傳輸速率快；無溶媒核，擴散速度快；界面副反應少；高溫下（60℃）不氧化、低溫下不凝固等優勢，使硫化物全固態鋰電池同時兼有高能量密度和高倍率性能，是電動汽車電源的最佳選擇，世界眾多車企紛紛投入硫化物全固態鋰電池的研發，并發布了量產計劃。

青島能源所武建飛研究員帶領的先進儲能材料與技術研究組，堅持關鍵材料與工藝技術研發為一體，深耕硫化物全固態鋰離子電池領域的基礎科學問題和電池規模化制備技術，近年來取得了一系列突破性進展。

硫化物全固態鋰離子電池的關鍵核心材料是硫化物電解質，目前已報道的硫化物電解質的室溫離子電導率達到了10-3~10-2S cm-1，已超過液態鋰離子電池的電解質的離子電導率。多年來，團隊致力于開發高性能硫化物固體電解質（Journal of Alloys and Compounds；專利 202110579229.5)，利用高通量計算方法，開發出高電導率的硫化物固體電解質，其室溫離子電導率均達到國際水平。并且已建立硫化物固體電解質中試生產線，具備公斤級批量制備能力。

在此基礎上，針對硫化物電解質空氣穩定性的研究，近期又取得關鍵性進展，相關成果發表在 ChemElectroChem，通過軟酸 Sb5+和硬堿 O2-對 Li10SnP2S12 電解質進行雙摻雜，一方面束縛了 S2-從晶格中逃逸，避免生成 H2S；另一方面增強了 P-S 鍵的強度，抑制了電解質在高電位下氧化為 P2S5和S。在-10℃露點下，空氣穩定性較 Li6PS5Cl 提高近 20 倍，從而獲得了兼具高離子電導率、電化學穩定性和空氣穩定性優異的硫化物電解質材料。

圖1 空氣穩定硫化物電解質

為了突破硫化物全固態軟包鋰電池工業化制備的技術瓶頸，團隊自主創新了多項關鍵技術：制備出厚度低于 20μm的超薄電解質膜技術；開發高穩定性電極包覆技術；構建了穩定的電極/電解質界面技術；勻漿、涂布、電極成型等技術；成功開發出具有優異倍率和低溫性能的軟包電池（10C（6min）倍率下充電，容量達到 63.5%，-40℃下放電容量達 31%）；率先突破全固態軟包鋰電池循環壽命差的技術難點，成功開發出長循環壽命的全固態軟包鋰電池，循環 850 次，容量保持率為 94%。

目前，團隊完成了實驗室技術制造，已建立一條全固態軟包電池實驗室生產線，探索出硫化物全固態電池生產模式，為推動高性能、低成本、大容量、高安全硫化物全固態軟包電池的工業化生產奠定基礎。

圖 2 硫化物全固態鋰電池電化學性能

論文第一作者為高靜，通訊作者為武建飛研究員。上述工作獲得了國家自然科學基金、中科院潔凈能源實驗室合作項目、山東省重大國際合作項目、山東能源研究院重點項目等的支持。（文/圖 高靜 王誠）

審核編輯 ：李倩