【儀表網 研發快訊】全固態電池因其采用不可燃無機固態電解質，被視作解決液態鋰離子電池安全瓶頸的戰略性技術方向。其中，硫化物固態電解質憑借高離子電導率與良好的機械變形能力，成為最具產業化前景的技術路線之一。青島能源所固態能源系統技術中心長期深耕硫化物固態電池領域基礎科學問題與關鍵技術攻關，在低壓電池均質化正極、合金負極等關鍵材料體系與電解質成型工藝等方面取得系統性進展，為全固態電池從材料創新走向工程化應用奠定了重要基礎。
隨著研究的深入，硫化物全固態電池的安全性問題逐漸凸顯。近年多項研究表明，該類電池仍可能在遠低于預期溫度的異常條件下突發熱失控。這一反直覺現象對“固態即安全”的傳統認知構成嚴峻挑戰。針對這一難題，固態能源系統技術中心從微觀界面視角切入，致力于系統解析固態電池熱安全的關鍵邊界與內在機理。研究團隊綜合運用加速量熱、差示掃描量熱與原位質譜聯用技術，結合多尺度結構表征與第一性原理計算，首次揭示熱失控的真正“點火器”并非體相材料，而是電化學循環中在正極/電解質界面原位形成的亞穩態反應層，并系統闡明了硫化物全固態電池熱失控的電化學-化學雙階段級聯機制，為后續固態電池成組設計及熱管理策略提供了關鍵理論指導。
在熱失控前期：硫化物固態電解質在高電壓下發生電化學氧化分解，生成富含二硫鍵(–S–S–)及磷硫橋鍵(–P–S–P–)的亞穩態界面物種；該類產物與脫鋰態高鎳正極釋放的活性氧發生劇烈放熱反應，并伴隨SO?、CO?等氣體釋放，成為熱失控的初始“引信”。隨后第二階段：局部溫升觸發正極與電解質的本征化學不相容反應，釋放大量熱量，驅動系統進入不可逆快速升溫，引發電池劇烈熱失控(圖1)。
圖1 硫化物固態電池熱失控過程示意圖
此項研究首次厘清了固態電池電化學界面與化學放熱反應之間的級聯關聯，明確電化學衍生界面物種對熱失控的關鍵觸發作用，推動全固態電池安全設計范式由體相材料單點突破轉向體相與界面一體化協同的策略重構。
該工作以“Electrochemical initiation and chemical reaction cascades in dual-stage thermal runaway in sulfide-based all-solid-state batteries”為題發表在Nature Communications，青島能源所固態系統技術中心吳余涵、張舒、孫友龍為第一作者，崔光磊研究員、黃浪副研究員為通訊作者。本研究得到了國家自然科學基金、山東省重點研發計劃等項目的資助。
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