在全球能源转型和电动汽车快速发展的背景下，电池技术的进步成为推动这一变革的关键力量。最近，中国科学技术大学的马骋教授团队在全固态电池领域取得了重大突破，开发出了一种新型硫化物固态电解质Li7P3S7.5O3.5（LPSO），这一成果不仅在性能上展现出显著优势，更在成本控制上实现了重大突破，为全固态电池的商业化铺平了道路。
全固态电池的挑战与机遇
全固态锂电池（ASSLB）因其高安全性和高能量密度，被广泛认为是未来电池技术的发展方向。然而，其商业化进程一直受限于固态电解质的高成本和性能瓶颈。传统的硫化物固态电解质虽然性能优异，但其成本普遍超过195美元每公斤，远高于实现商业化所需的50美元每公斤。这一成本障碍使得全固态电池的广泛应用面临巨大挑战。
创新突破：新型硫化物固态电解质LPSO
中国科学技术大学的马骋教授团队通过创新研究，开发出了一种新型硫化物固态电解质LPSO。这种材料不仅保留了硫化物固态电解质的固有优势，更在成本上实现了重大突破。LPSO的原材料成本仅为14.42美元每公斤，远低于商业化所需的50美元每公斤的阈值。这一成本优势使得LPSO在全固态电池的商业化应用中具有极大的潜力。
性能卓越：低密度与高兼容性
LPSO的密度仅为1.70 g/cm³，显著低于氧化物（通常在5 g/cm³以上）和氯化物（约2.5 g/cm³）固体电解质的密度。这使得LPSO在降低电池重量、提升电池能量密度方面具有显著优势。此外，LPSO还展现出了优异的阳极相容性。它与锂金属组成的对称电池能实现4200小时以上的室温稳定循环，而与硅负极、高镍三元正极组成的全固态软包电池，在60℃下循环200次后，仍具有89.29%的容量保持率。
图：中科院开发一种新型硫化物固态电解质成本低且性能佳
研究意义：推动全固态电池商业化
马骋教授的研究不仅在技术上取得了突破，更在经济性上为全固态电池的商业化提供了可能。审稿人认为，LPSO“同时具备低密度，良好的负极相容性，以及强劲的成本竞争力”，并且认为由LPSO组成的全固态电池具有“出色的循环性能”。这一成果的发表，标志着全固态电池技术向前迈出了坚实的一步，为未来的电池技术发展提供了新的方向。
全固态电池技术的商业化进程的挑战
全固态电池技术的商业化进程虽然充满挑战，但随着技术的不断进步和市场需求的增长，这些挑战有望逐步被克服。通过优化固态电解质材料、改善固-固界面接触、降低材料成本、简化生产工艺等措施，全固态电池有望在未来实现大规模商业化应用，推动电池技术向更高性能、更高安全性的方向发展。
全固态电池（ASSLB）被认为是电池技术的“终极形态”，具有高能量密度、高安全性和长寿命等优势。然而，其商业化进程中仍面临诸多技术挑战。以下是对全固态电池商业化进程中面临的主要技术挑战的详细分析：
1. 固态电解质的离子电导率低
固态电解质的离子电导率是影响全固态电池充放电速度的关键因素。相比于液态电解质，固态电解质中的离子迁移能垒较高，导致其离子电导率较低。这使得全固态电池的充放电速度较慢，容量衰减较快。
2. 固-固界面稳定性差
全固态电池中，固态电解质与电极材料之间的固-固界面接触性和稳定性较差。不同于固-液接触，固-固接触是“硬”接触，难以充分贴合，导致锂离子通道减少和应力堆积。此外，锂金属与固态电解质接触后容易发生反应并扩散至电解质内部，造成电解质表面快速分解。
3. 锂枝晶生长问题
高机械强度的固态电解质仍难以完全抑制锂枝晶的生长。锂枝晶的穿透可能导致电池短路，从而引发安全问题。研究表明，即使是高剪切模量的无机固态电解质，也不能完全阻止锂枝晶在固态电解质中的渗透。
4. 材料成本高昂
目前，固态电池部分原材料未实现量产，电池电极材料成本高。例如，采用石墨负极的硫化物固态电池材料成本最高，达到137.9美元/kWh，远高于传统锂电池93.2美元/kWh。此外，硫化物固态电解质的合成需要使用大量昂贵的硫化锂（不低于650美元每公斤），这也是制约其商业化的重要因素。
5. 生产工艺复杂
固态电池的生产工艺复杂，缺乏特定的设备。例如，烧结、真空、干燥房、特定气氛等环节均将增加固态电池制造成本。此外，固态电池的组装材料和加工成本也较高，这进一步限制了其商业化进程。
6. 电池的循环寿命和稳定性
全固态电池在循环过程中，正极活性材料及锂金属负极发生电化学反应引起体积变化，影响固-固界面稳定性。持续应力累积可能导致正极和固态电解质层中产生微米级裂纹，正极与电解质之间的接触恶化，加剧电池性能衰减。
7. 热失控风险
虽然固态电解质自身不可燃，但无法完全避免全固态电池热失控的风险。高比容三元正极材料热分解产氧问题在全固态电池中依然存在，锂金属可能在固态电解质中生长枝晶，持续生长可能穿透电解质、电池短路大量产热、温度升高，最终导致电池热失控。
8. 复合固态电解质的挑战
复合固态电解质虽然在理论上可以提高离子导电性，但其实际应用中仍面临诸多挑战。例如，无机颗粒填充复合固态电解质虽然可以显著提高室温离子导电率，但其在实际电池中的稳定性和兼容性仍需进一步验证。
总结与展望
中国科学技术大学在全固态电池领域的这一突破，不仅展示了中国在电池技术领域的创新能力，也为全球电池技术的发展提供了新的动力。随着技术的不断进步和市场需求的增长，LPSO等新型硫化物固态电解质有望在未来的电池制造中发挥更加重要的作用，推动整个行业向更高性能、更低成本的方向发展。马骋教授及其团队的这一研究成果，无疑为全固态电池的商业化进程注入了新的活力，也为全球能源转型和电动汽车的发展提供了强有力的支持。
