硫化物全固態(tài)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(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，開創(chuàng)性地解決了液態(tài)鋰電池存在的能量密度低、易燃、易爆等一系列問(wèn)題，成為一項(xiàng)顛覆性前沿科技。硫化物固體電解質(zhì)具有電位窗寬、電壓高；輸率為 1（液體為 0.5），傳輸速率快；無(wú)溶媒核，擴(kuò)散速度快；界面副反應(yīng)少；高溫下（60℃）不氧化、低溫下不凝固等優(yōu)勢(shì)，使硫化物全固態(tài)鋰電池同時(shí)兼有高能量密度和高倍率性能，是電動(dòng)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(tài)鋰電池的研發(fā)，并發(fā)布了量產(chǎn)計(jì)劃。

青島能源所武建飛研究員帶領(lǐng)的先進(jìn)儲(chǔ)能材料與技術(shù)研究組，堅(jiān)持關(guān)鍵材料與工藝技術(shù)研發(fā)為一體，深耕硫化物全固態(tài)鋰離子電池領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題和電池規(guī)模化制備技術(shù)，近年來(lái)取得了一系列突破性進(jìn)展。

硫化物全固態(tài)鋰離子電池的關(guān)鍵核心材料是硫化物電解質(zhì)，目前已報(bào)道的硫化物電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率達(dá)到了10-3~10-2S cm-1，已超過(guò)液態(tài)鋰離子電池的電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。多年來(lái)，團(tuán)隊(duì)致力于開發(fā)高性能硫化物固體電解質(zhì)（Journal of Alloys and Compounds；專利 202110579229.5)，利用高通量計(jì)算方法，開發(fā)出高電導(dǎo)率的硫化物固體電解質(zhì)，其室溫離子電導(dǎo)率均達(dá)到國(guó)際水平。并且已建立硫化物固體電解質(zhì)中試生產(chǎn)線，具備公斤級(jí)批量制備能力。

在此基礎(chǔ)上，針對(duì)硫化物電解質(zhì)空氣穩(wěn)定性的研究，近期又取得關(guān)鍵性進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在 ChemElectroChem，通過(guò)軟酸 Sb5+和硬堿 O2-對(duì) Li10SnP2S12 電解質(zhì)進(jìn)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(qiáng)了 P-S 鍵的強(qiáng)度，抑制了電解質(zhì)在高電位下氧化為 P2S5和S。在-10℃露點(diǎn)下，空氣穩(wěn)定性較 Li6PS5Cl 提高近 20 倍，從而獲得了兼具高離子電導(dǎo)率、電化學(xué)穩(wěn)定性和空氣穩(wěn)定性優(yōu)異的硫化物電解質(zhì)材料。

圖1 空氣穩(wěn)定硫化物電解質(zhì)

為了突破硫化物全固態(tài)軟包鋰電池工業(yè)化制備的技術(shù)瓶頸，團(tuán)隊(duì)自主創(chuàng)新了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：制備出厚度低于 20μm的超薄電解質(zhì)膜技術(shù)；開發(fā)高穩(wěn)定性電極包覆技術(shù)；構(gòu)建了穩(wěn)定的電極/電解質(zhì)界面技術(shù)；勻漿、涂布、電極成型等技術(shù)；成功開發(fā)出具有優(yōu)異倍率和低溫性能的軟包電池（10C（6min）倍率下充電，容量達(dá)到 63.5%，-40℃下放電容量達(dá) 31%）；率先突破全固態(tài)軟包鋰電池循環(huán)壽命差的技術(shù)難點(diǎn)，成功開發(fā)出長(zhǎng)循環(huán)壽命的全固態(tài)軟包鋰電池，循環(huán) 850 次，容量保持率為 94%。

目前，團(tuán)隊(duì)完成了實(shí)驗(yàn)室技術(shù)制造，已建立一條全固態(tài)軟包電池實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)線，探索出硫化物全固態(tài)電池生產(chǎn)模式，為推動(dòng)高性能、低成本、大容量、高安全硫化物全固態(tài)軟包電池的工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

圖 2 硫化物全固態(tài)鋰電池電化學(xué)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(guó)家自然科學(xué)基金、中科院潔凈能源實(shí)驗(yàn)室合作項(xiàng)目、山東省重大國(guó)際合作項(xiàng)目、山東能源研究院重點(diǎn)項(xiàng)目等的支持。（文/圖 高靜 王誠(chéng)）

審核編輯 ：李倩