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?；苽浼夹g，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10-3~10-2 S cm-1，能夠與商品化鋰離子電池所用有機電解液的離子電導率相媲美。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20 m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。
Jing Gao, Xiaolin Sun, Cheng Wang, Yuan Zhang, Li Yang,Depeng Song, Yue Wu, Zewen Yang, Takeo Ohsaka, Futoshi Matsumotoc, and Jianfei Wu*, Sb, O cosubstituted Li10SnP2S12 with high electro-chemicalstability and air stability for all-solid-state lithium batteries, ChemElectroChem，2022, e202200156
