全固态锂离子电池由于采用了固态电解质替代传统有机液态电解液，有望从根本上解决电池的安全性的同时，还能进一步提升锂电池的能量密度和循环寿命，符合未来高安全性高能量密度锂离子电池发展的方向。而要实现全固态锂离子电池的商业化关键就是要找到一种同时具有成本低，电导率高，化学稳定性好，电压窗口宽等优点的固态锂离子电解质材料。在各种各样的电解质材料中，硫化物固态电解质引起了广泛的关注。尽管硫化物电解质的离子导电性已经取得了很大进展，但硫化物电解质在全固态锂电池中的应用仍面临诸多挑战。制备具有较薄的厚度和高离子电导率的固体电解质对开发性能优良的全固态锂电池至关重要。
鉴于此，清华大学材料学院南策文院士、沈洋教授团队报道了一种可弯曲的、具备高锂离子电导率的超薄复合固体电解质膜，该膜由硫银锗矿硫化物Li6PS5Cl和极性聚（偏氟乙烯-共三氟乙烯）P(VDF-TrFE)框架组成。Li6PS5Cl和极性P(VDF-TrFE)之间的相互作用确保了复合电解质膜在室温下的高锂离子传导率（≈1.2 mS cm-1）和良好的机械延展性。采用该薄型复合电解质膜组装的全固态电池显示出优异的循环性能，在室温下1.0 mA cm-2的电流密度下，1000次循环后的容量保持率为92%，即使在20000次循环后也有71%。这是迄今为止报道中室温下循环寿命最长的全固态电池。此外，具有高承载量的软包全固态电池的成功制备也证明了其在未来商业应用中的潜力和可行性。这项工作会对制备薄而高性能的复合电解质材料有所启发，并为实现具有高性能的、可产业化的实用硫化物基全固态电池指引方向。
超薄复合固态电解质膜的制备工艺及材料表征
相关成果以“Li6PS5Cl基电解质的超长循环全固态电池”（Super Long-Cycling All-Solid-State Battery with Thin Li6PS5Cl-Based Electrolyte）为题，近日在线发表在国际期刊《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上，并作为当期封面文章发表。
材料学院南策文院士、沈洋教授团队在锂电、介电、磁电和功能性畴壁等方面进行了一系列基础研究和应用探索，相关论文发表在《自然·综述:材料》（Nature Review Materials）、《科学》（Science）、《自然·通讯》（Nature Communications）、《先进·材料》（Advanced Materials）、《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）等期刊上，引起学界的广泛关注。
材料学院2018级博士生刘思捷为论文第一作者，其他重要贡献者包括材料学院博士后周乐、材料学院2017级博士生韩健等。相关研究工作受国家自然科学基金委和科技部国家重点研发计划支持。
来源：清华大学
论文链接：
https://doi.org/10.1002/aenm.202200660
