大连化学物理研究所开发出新型高离子电导率硫银锗矿型固态电解质

　　【仪表网 研发快讯】近日，中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室二维材料化学与能源应用研究组(508组)吴忠帅研究员、石浩东副研究员团队开发出新型高离子电导率硫银锗矿型固态电解质，为宽温域、高载量、长寿命的全固态锂离子电池的开发奠定基础。
 

　　全固态电池因其高能量密度和优异的安全性而受到广泛关注。开发具有良好的界面稳定性和高离子电导率的固态电解质，是实现高正极载量和宽温域适应性全固态电池商业化应用的基础。目前，仅有少数几种固态电解质可在室温下实现超过10mS/cm的离子电导率。因此，需要开发具有优异离子电导率和高稳定性的固态电解质，以发展具有优异电化学性能的全固态锂离子电池。
 

　　本工作中，研究团队通过多阳离子(Ge、Si、Sb)掺杂和取代策略，开发出一种新型的高熵硫化物固态电解质“Li20/3(GeSiSb)1/3S5I(LGSSSI)”。得益于较低的锂离子迁移活化能(0.17eV)，该电解质展现出优异的离子电导率。冷压后，该电解质的离子电导率达12.7mS/cm，热压后，其离子电导率可进一步提升至32.2 mS/cm。研究发现，基于LGSSSI电解质的全固态锂离子电池，在超高正极载量(100mg/cm2)和较宽温度范围(-20至60°C)内，均展现出优异的循环性能。此外，该电解质与多种正负极材料，包括LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2、LiCoO2正极，以及锂铟合金、硅碳负极等均具有良好的界面兼容性，有望为下一代高能量密度全固态电池的商业化应用提供材料支撑。
 

　　508组长期致力于全固态电池关键材料和产品的开发，近年来取得了系列研究进展，包括开发新型聚合物电解质锂金属固态电池(Interdisciplinary Materials，2023)、空气稳定和锂金属稳定硫化物固态电解质(SusMat，2024)、锂离子电池新型正极材料(Energy & Environmental Science，2024；Energy & Environmental Science，2024)、大面积超薄无枝晶锂合金负极材料(Energy Storage Materials，2025)等，并综述了快充石墨负极材料的最新研究进展(Energy & Environmental Science，2023)。
 

　　上述研究成果以“A Superionic Conductor Lithium Argyrodite Sulfide of Li7-x(GeSi)(1-x)/2SbxS5I Towards All-Solid-State Lithium-Ion Batteries”为题，以快报(Letters)的形式发表在《美国化学会能源快报》(ACS Energy Letters)上，并被选为补充封面文章(Supplementary Cover paper)。该工作的共同第一作者是我所508组博士研究生马宇鑫和中国石油大学(华东)与我所联合培养硕士研究生靳道宽。上述工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、榆林中科洁净能源创新研究院能源革命科技专项、辽宁省应用基础研究计划、大连市科技人才创新支持政策实施计划等项目的资助。