中科院青岛能源所近期开发出基于硫化锂正极的高比能长循环全固态锂硫电池，该电池的能量密度超过600 Wh/kg。与商业化的锂离子电池相比，其能量密度高出1倍有余。并且，因不使用稀有金属，彻底解决了锂电正极材料的高成本难题。
硫化物固态电池技术路线以其高离子导电率、良好的固-固接触、高能量密度和优异的倍率性能而备受瞩目。然而，该技术路线也面临电解质稳定性较差、成本较高以及生产环境要求苛刻等挑战。尽管如此，硫化物固态电池的研发正在全球范围内加速推进。
TrendForce集邦咨询最新报告《全球固态电池市场发展趋势报告（2024）》显示，硫化物路线不断取得新突破，受关注度越来越高，尤其在亚太地区，已有丰田、松下、三星SDI、LGES、SK On、宁德时代、比亚迪、国轩高科等多家企业选择此路线，且超过一半的成熟企业均选择以硫化物为主的技术路线。
近日，中国和美国的研究团队在硫化物固态电池技术方面均取得了显著进展。
青岛能源所硫化物全固态电池高容量正极材料取得重要进展
中科院青岛能源所近期开发出基于硫化锂正极的高比能长循环全固态锂硫电池，该电池的能量密度超过600 Wh/kg。与商业化的锂离子电池相比，其能量密度高出1倍有余。并且，因不使用稀有金属，彻底解决了锂电正极材料的高成本难题。
该硫化锂正极显示出1165.23 mAh g-1的高比容量，接近理论值1167 mAh g-1，并且在常温下循环6200次后，其容量仍可保持84.4%。搭配商业化的Si-C负极组装全电池后，常温下循环400次放电比容量仍保持初始容量的97%以上。
研究团队通过Cu+和I-离子共掺杂策略，显著提升了硫化锂正极的导电性和反应活性。密度泛函理论（DFT）计算显示，双离子共掺杂能降低锂离子扩散能垒，促进扩散，从而增强电化学性能。
实验结果表明，掺杂后的硫化锂正极在锂离子扩散系数和电子电导率上均有显著提升，有效解决了绝缘性问题。改性后的硫化锂正极在室温下展现出高放电比容量和优异的循环稳定性，与无锂负极（Si-C负极）组装的全电池在常温下具有高放电比容量和良好的循环性能，为开发高能量密度全固态电池提供了新方向。
双掺杂硫化锂正极全固态电池的性能（来源：青岛能源所）
美国橡树岭国家实验室研发新型硫化物固态电解质膜
近日，由美国能源部橡树岭国家实验室 (ORNL) 牵头的团队利用聚合物粘合剂的特性创造了一种新型硫化物固态电解质膜。这种膜因其出色的弹性和强度而备受关注，有望显著提升固态电池的性能。
研究成果显示，新型硫化物固态电解质膜能显著提升能量存储能力，预计至少翻倍至每公斤500瓦时。这一创新成果不仅满足了电动汽车和电子设备对更长充电间隔的需求，还实现了在极薄（不超过30微米）的电解质膜中容纳更大的能量容量。
该研究在《ACS Energy Letters》杂志上发表，展示了硫化物固态电解质与现有液态电解质相媲美的离子电导率，预示着更安全、更高效的储能解决方案的可能性。
该研究深入探讨了聚合物粘合剂在制造固态电解质薄膜中的作用，突出了分子量对薄膜耐久性的重要性。研究人员指出，虽然轻质粘合剂聚合物链较短，但不足以提供与电解材料持续接触所需的强度，而重质粘合剂则能增强薄膜的结构完整性。
同时，由于粘合剂本身不传导离子，研究强调了在减少粘合剂使用的同时，保持薄膜质量和提升离子传导性的必要性。
固态电池前沿
龚淑娟
李峥
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