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 Li 6 PS 5 Cl （ 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 -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：（ ）原材料 昂贵 ；（ ）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 “ ” 为题 ， 于 月 2 2 日在线发表于 《 》 期刊（影响因子 2 ）。
研究团队 采用低成本 2 全面替代 Li 2 并 同步 引入微量 ，成功合成了 同时含有氧元素、硫元素和卤素的 5.5 2.5 2 1.4 0.1 （ ）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 ） 元素不仅有效稳定 PS 4 3- 骨架、降低材料的水吸附能，其过量部分还可与 2 5 反应原位生成 3 4 ； 2 ） 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 富集层 ； 3 ） 2 、 Li 3 4 与 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 LiCoO 2 循环 1000 圈容量保持率 84%@1C ）。
该研究通过 “Li 2 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 ； 空气稳定性 提 升 倍，锂金属兼容性（ CCD ） 提升 倍。原位自发形成的 Li 2 3 4 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 倍率下经 1000 次循环后容量 保持率 仍 能达到 。 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。
兼具低成本、高水稳和优异锂负极兼容性的
LPSOCF
电解质
清陶能源与景德镇陶瓷大学
材料学院
联合培养的
2023级
硕
士生
张鑫
为论文第一作者，
景德镇陶瓷
大学材料学院
副教授
田传进
、
清陶能源李峥博士和清陶能源张雪博士
为论文共同通讯作者。论文重要合作者还包括
南京理工大学副教授许冰清。
研究得到国家自然科学基金等
项目
资助。
沪公网安备31010702008139