在國家“雙碳”政策的引導下，新能源汽車成為國家大力支持發展的產業。電池的能量密度和安全性成為實現新能源汽車可持續發展的重中之重。全固態電池因其具有安全性高、穩定性好、能量密度高等優點，開創性的解決了傳統有機電解液電池中存在的壽命短、易燃、易爆等一系列問題，成為下一代最受關注的二次電池體系。硫化物固體電解質具有可媲美液態電解質的電導率（超過10-2 S cm-1），適宜的電化學窗口，高溫下（60℃）不氧化、低溫下不凝固等優勢，使得硫化物全固態鋰電池兼具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。

 

近期，武建飛研究員帶領先進儲能材料與技術研究組解決了硫化物全固態電池疊層工藝的行業痛點及瓶頸問題，打通了硫化物全固態電池的大型車載電池制作工藝的最后一道難關，在硫化物軟包電池疊片技術上取得關鍵性突破。制備的多層疊片軟包電池循環300次容量幾乎不衰減，性能還在繼續測試中。目前，研究團隊正在進行20 Ah硫化物全固態電池成型生產線落地籌備工作，并與上下游產業方合作，加速技術的研發和驗證過程。力爭2026年率先實現硫化物全固態電池批量化生產。與此同時，先進儲能材料與技術研究組在硫化物電解質設計及與鋰負極界面穩定性方面取得關鍵性進展，相關研究成果近日發表于國際知名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》。

 

研究團隊針對Li3PS4硫化物電解質離子電導率低、與鋰負極界面不穩定的問題，提出了雙元素共摻雜改性硫化物固態電解質的策略。通過球磨加低溫燒結工藝制備了高離子電導率和對鋰電化學穩定的新型硫化物固態電解質Li3.04P0.96Zn0.04S3.92F0.08，并探討了它在全固態鋰硫電池中的應用。XPS和XRD測試結果表明，Zn成功取代了部分P，F成功取代了部分S，生成了Zn-S和Li-F鍵。異價Zn2+取代部分P5+，產生了更多的鋰離子遷移位點，降低了電解質的活化能，從而提高了電解質的離子電導率。測試結果顯示，Zn、F 共摻雜固態電解質的離子電導率為1.23×10-3 S cm-1，比未摻雜的電解質提高了3.5倍。室溫下的活化能（Ea）低至9.8 kJ mol-1。摻F后，電解質和鋰金屬負極之間的界面形成了富含LiF的界面層，使得鋰離子沉積變得均勻。摻Zn后，電解質與鋰金屬形成LiZn合金，合金的焊接效應有利于避免電解質與鋰負極之間形成孔洞，維持界面穩定性。Li/Li3.04P0.96Zn0.04S3.92F0.08/Li對稱電池的臨界電流密度（CCD）高達1 mA cm-2，在0.1mA cm-2電流密度下穩定循環超過500 h。最后，在倍率0.05 C和室溫條件下，制備的全固態鋰硫電池顯示出1295.7 mAh g-1的初始放電容量。并且，該電池在倍率0.5 C、室溫下循環200次容量不衰減。這項研究為硫化物固態電解質和全固態鋰硫電池的設計提供了新思路。

 

 

論文第一作者為碩士研究生高源，通訊作者為武建飛研究員、高靜助理研究員和青島科技大學袁勛教授。上述工作得到了國家自然科學基金面上項目、山東省自然科學基金、中國科學院潔凈能源創新研究院合作基金項目、山東省重點研發計劃項目等的支持與資助。（文/圖 高源、高靜）