全固態(tài)（硫化物）電池作為推動社會和人類進步的一項前沿科技，被日本科學界列入能夠與5G、人工智能齊頭并進的研究行列。它憑借其高安全性、高能量密度、耐高溫、長壽命等優(yōu)點，開創(chuàng)性地解決了傳統(tǒng)有機電解液電池存在的壽命短、易燃、易爆等一系列問題，成為造福人類的一項顛覆性的突破技術(shù)。在新能源汽車急需提升續(xù)航里程的市場需求下，眾多車企紛紛投入全固態(tài)電池研發(fā)戰(zhàn)場。日本豐田是全固態(tài)（硫化物）電池開發(fā)的龍頭企業(yè)，已完成中試階段的電池樣品。三星、寶馬、大眾等企業(yè)也在固態(tài)電池的布局上表達了積極的態(tài)度。目前，全固態(tài)電池在全球范圍內(nèi)都處于研發(fā)至中試的技術(shù)階段。
含鍺（Ge）硫化物固體電解質(zhì)（2011年由日本東京工業(yè)大學教授菅野了次發(fā)明）由于其獨特的三維網(wǎng)狀晶體結(jié)構(gòu)，鋰離子可以沿C軸一維傳導，從而獲得高達10-2S cm-1的離子電導率，已經(jīng)可以媲美甚至超過液體電解質(zhì)的離子電導率。由中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員武建飛帶領的先進儲能材料與技術(shù)研究組長期致力于硫化物固體電解質(zhì)及全固態(tài)電池的相關研究。近期成功開發(fā)出多體系硫化物固體電解質(zhì)和高性能固態(tài)電池，固體電解質(zhì)的離子電導率達到10-2~10-4 S cm-1；鍺系和鹵族元素系固體電解質(zhì)已經(jīng)實現(xiàn)了中試批量生產(chǎn)；固態(tài)電池常溫1000圈0.5C容量保持70.05%，5C充電容量保持率達79.28%，具有優(yōu)異的循環(huán)和倍率性能。研究組針對電極與固體電解質(zhì)間的界面問題進行了詳細研究，為固態(tài)電池的放大生產(chǎn)提供了理論依據(jù)和技術(shù)指導。下一步研究組計劃逐步實現(xiàn)軟包電池大規(guī)模制備。
2019年研究組與濰柴動力股份有限公司簽訂合作意向，協(xié)力推進硫化物固態(tài)電池在新能源汽車上的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，并獲批2019年山東省重大國際合作項目，與日本的技術(shù)合作將進一步推進全固態(tài)電池關鍵基礎技術(shù)開發(fā)和商業(yè)化應用。
上述研究獲得兩所融合項目等的支持。
圖1 多功能固態(tài)電解質(zhì)應對高能金屬基電池復雜性帶來的挑戰(zhàn)
圖2 研究組在硫化物固體電解質(zhì)和全固態(tài)電池方面取得的相關成果
