全固態鋰離子電池由於採用了固態電解質替代傳統有機液態電解液，有望從根本上解決電池的安全性的同時，還能進一步提升鋰電池的能量密度和循環壽命，符合未來高安全性高能量密度鋰離子電池發展的方向。而要實現全固態鋰離子電池的商業化關鍵就是要找到一種同時具有成本低，電導率高，化學穩定性好，電壓窗口寬等優點的固態鋰離子電解質材料。在各種各樣的電解質材料中，硫化物固態電解質引起了廣泛的關注。儘管硫化物電解質的離子導電性已經取得了很大進展，但硫化物電解質在全固態鋰電池中的應用仍面臨諸多挑戰。製備具有較薄的厚度和高離子電導率的固體電解質對開發性能優良的全固態鋰電池至關重要。
鑒於此，清華大學材料學院南策文院士、沈洋教授團隊報道了一種可彎曲的、具備高鋰離子電導率的超薄複合固體電解質膜，該膜由硫銀鍺礦硫化物Li6PS5Cl和極性聚（偏氟乙烯-共三氟乙烯）P(VDF-TrFE)框架組成。Li6PS5Cl和極性P(VDF-TrFE)之間的相互作用確保了複合電解質膜在室溫下的高鋰離子傳導率（≈1.2 mS cm-1）和良好的機械延展性。採用該薄型複合電解質膜組裝的全固態電池顯示出優異的循環性能，在室溫下1.0 mA cm-2的電流密度下，1000次循環後的容量保持率為92%，即使在20000次循環後也有71%。這是迄今為止報道中室溫下循環壽命最長的全固態電池。此外，具有高承載量的軟包全固態電池的成功製備也證明了其在未來商業應用中的潛力和可行性。這項工作會對製備薄而高性能的複合電解質材料有所啟發，並為實現具有高性能的、可產業化的實用硫化物基全固態電池指引方向。
超薄複合固態電解質膜的製備工藝及材料表徵
相關成果以「Li6PS5Cl基電解質的超長循環全固態電池」（Super Long-Cycling All-Solid-State Battery with Thin Li6PS5Cl-Based Electrolyte）為題，近日在線發表在國際期刊《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）上，並作為當期封面文章發表。
材料學院南策文院士、沈洋教授團隊在鋰電、介電、磁電和功能性疇壁等方面進行了一系列基礎研究和應用探索，相關論文發表在《自然·綜述:材料》（Nature Review Materials）、《科學》（Science）、《自然·通訊》（Nature Communications）、《先進·材料》（Advanced Materials）、《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）等期刊上，引起學界的廣泛關注。
材料學院2018級博士生劉思捷為論文第一作者，其他重要貢獻者包括材料學院博士後周樂、材料學院2017級博士生韓健等。相關研究工作受國家自然科學基金委和科技部國家重點研發計劃支持。
來源：清華大學
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/aenm.202200660
