清陶能源：新型低成本、高水稳定性、高负极兼容性硫银锗矿型电解质助力全固态电池实现更高性能

清陶能源更新于: 2025-10-24 16:49:43

随着新能源汽车及储能领域的快速发展，对高比能、高安全电池的需求更加迫切。全固态电池因采用不同于液态电池的框架结构，可匹配高比能电极，同时具有更高的安全性，目前备受关注。根据固态电解质材料的不同，可将全固态电池大体分为聚合物基、氧化物基、硫化物基三大类。其中硫化物基全固态电池尤其是Li6PS5Cl（LPSC）体系，因核心电解质材料具有低的杨氏模量可冷压成型，并且具有高离子电导率（超过10mS cm-1）可实现高的电性能，被视为颇具潜力的下一代电池体系。然而，硫化物固态电解质的产业化开发仍面临三大挑战：（1）原材料昂贵；（2）对环境湿度极为敏感；（3）与锂金属负极之间的界面副反应。这些因素共同制约了其规模化生产，并导致电池在循环过程中出现电化学性能不稳定的问题。

近日，清陶能源研发团队与景德镇陶瓷大学、南京理工大学研究团队合作，开发了一种新型的O/F共掺硫银锗矿型电解质。相关研究成果以“Low-cost high-air-stability argyrodite electrolyte delivering excellent interface compatibility in all-solid-state lithium metal batteries”为题，于10月22日在线发表于《Energy Storage Materials》期刊（影响因子20.2）。

研究团队采用低成本Li2O全面替代Li2S并同步引入微量LiF，成功合成了同时含有氧元素、硫元素和卤素的Li5.5PS2.5O2Cl1.4F0.1（LPSOCF）电解质。通过原材料调控，该材料可实现大幅降本，原材料成本仅为LPSC的3.65%，并且可实现工业级合成。此外，研究表明，1）O元素不仅有效稳定PS43-骨架、降低材料的水吸附能，其过量部分还可与P2S5反应原位生成Li3PO4；2）F元素的引入拓宽了电解质的电化学稳定窗口，且在界面处诱导形成LiF富集层；3）Li2O、Li3PO4与LiF三者协同构建出一个高模量、宽禁带的电子绝缘层，可有效抑制锂枝晶的生长与界面的副反应。基于此，该材料展现出了更优的空气稳定性（10%湿度条件下暴露10h离子电导率保持率95.6%）、对锂金属稳定性（CCD提升至4.5mA cm-2，锂对称电池稳定循环2800h）、以及优异的全电池循环性能（搭配LiCoO2循环1000圈容量保持率84%@1C）。

该研究通过“Li2O全面替代+微量F掺杂”的策略，对硫银锗矿电解质的痛点问题实现了针对性地解决：成本降低至LPSC的1/27；空气稳定性提升3倍，锂金属兼容性（CCD）提升7倍。原位自发形成的Li2O/LiF/Li3PO4复合界面层兼具高刚度、宽禁带及快离子传导的特性，助力全固态电池在1C倍率下经1000次循环后容量保持率仍能达到84%。同时，公斤级合成已在干燥间成功实现。该研究为低杨氏模量硫银锗矿电解质的商业化提供了一条“低成本-环境友好-高性能”的可行路径，也为推动全固态电池的商业化应用添砖加瓦。