《硫化物全固态电池》一线科研团队打造，硫化物技术路线全解析
2025-11-0630
随着全球能源格局由依赖传统化石能源向追求可再生能源深刻转变，我国正加快构建以新能源为主体的新型电力系统，储能技术已成为实现“双碳”目标的核心支撑。
在交通电动化与能源清洁化深度融合的背景下，动力电池作为新能源汽车的“心脏”，其安全性与能量密度直接关系到国家能源安全与产业竞争力。然而，当前商用锂离子电池普遍采用液态电解质，存在易泄漏、易燃、易爆等安全隐患，且能量密度已接近理论极限，难以满足未来高比能、高安全的应用需求。
在此背景下，全固态电池因其高安全性、高能量密度、宽工作温度范围等优势，成为下一代储能技术的关键发展方向。其中，硫化物全固态电池凭借其室温离子电导率高、机械延展性好、与电极界面接触优良等特性，被广泛认为是最具产业化前景的技术路线之一。
然而，我国在该领域布局相对较晚，基础研究相对薄弱，在硫化物固态电解质材料的原始创新、与正负极材料的兼容匹配、制备工艺等方面仍落后于日本、美国、德国、韩国等发达国家。若不及时加强系统性研究，相关关键技术极有可能成为“卡脖子”难题，严重制约我国新能源产业的自主发展。
面对我国能源战略的重大需求与产业发展的迫切需要，亟需一部系统、权威、兼具科学性与实用性的专著，全面梳理硫化物全固态电池的基础理论与技术进展。
为此，吴凡研究员及其团队基于多年一线科研积累，组织编写了《硫化物全固态电池》一书，旨在夯实我国在该领域的科学基础，加速整体研究进程，助力我国在国际竞争中掌握主动权。
本书的出版，正是响应国家《储能技术专业学科发展行动计划（2020—2024年）》的重要举措。当前，多所高校已设立“储能科学与工程”专业，亟需高质量的教学参考书与技术指南。同时，产业界对高安全、高能量密度电池的需求日益迫切，科研成果的转化与应用亟需理论指导与技术支撑。本书恰逢其时，不仅填补了国内系统性专著的空白，更为推动我国新能源汽车与储能产业高质量发展提供了智力支持。
本书是“先进储能科学技术与工业应用丛书”中的重要一册，由中国科学院物理研究所李泓研究员担任丛书主编。
参编者均为硫化物全固态电池领域的一线研究者，确保了内容的科学性、准确性与前沿性。
书中系统总结了硫化物固态电解质的离子输运机理、物理化学性能、干法与湿法制备工艺，涵盖晶态、玻璃态、玻璃陶瓷态等多种材料体系；深入剖析正极/负极与硫化物电解质之间的界面问题，包括空间电荷层、元素互扩散、界面反应等，并提出改性、包覆、界面优化等解决方案，具有极强的实践指导意义。
本书内容翔实、结构清晰、逻辑严密，具有以下显著特点：
① 体系完整，逻辑清晰
全书共9章，分为三大部分，层层递进
● 第一部分（第1-2章）系统阐述固态离子导体的离子传输机理与基础理论，梳理全球固态电池研发进展，为后续内容奠定理论基础；
● 第二部分（第3-8章）聚焦硫化物全固态电池体系，从材料→界面→电芯三个层面深入展开，涵盖硫化物固态电解质、正负极材料、界面问题与制备工艺，实现从基础科学到工程应用的完整闭环；
● 第三部分（第9章）对硫化物全固态电池的发展趋势与市场前景进行前瞻性展望，提出技术发展路线图，为科研与产业布局提供战略参考。
② 内容权威，兼顾理论与应用
聚焦“卡脖子”问题，服务国家重大战略
● 本书既深入探讨固态离子导体的基础理论，又详细介绍了电芯组装制备工艺与性能评估方法；
● 直面我国在硫化物全固态电池领域存在的技术短板，系统梳理材料体系创新、制造工艺升级等关键路径；
● 为破解共性问题和瓶颈技术提供理论支撑，助力我国在新能源汽车与储能领域实现自主可控，推动“双碳”目标实现。
《硫化物全固态电池》不仅是一部系统性、专业性的科技专著，更是一部承载国家战略使命的科学力作。它凝聚了我国科研团队在前沿储能领域的智慧结晶，为科研、产业与教育提供了宝贵的知识资源。
在能源革命与科技自立自强的时代背景下，本书的出版必将为我国抢占下一代电池技术制高点、实现高质量发展注入强劲动能。
本书不仅适合从事动力电池（特别是锂电池、全固态电池）的研发人员、技术人员和管理人员参考，也可供高等学校储能科学与工程、能源与环境系统工程、电力工程、新能源科学与工程、电化学等相关专业的师生参考。
「一线科研团队倾力打造」
「硫化物全固态电池领域权威著作」
吴凡 等 著
第1章1
全固态电池概况及研发现状
1.1 全固态电池定义和分类1
1.2 全固态电池技术特点和优势3
1.3 全固态电池的国家和地区政策规划5
1.3.1 中国5
1.3.2 美国6
1.3.3 欧洲6
1.3.4 日本和韩国6
1.4 全固态电池技术文献计量分析7
1.4.1 整体发展态势7
1.4.2 主要国家和地区分析8
1.4.3 主要内容分析8
1.5 全球企业动态与商业化进程11
1.5.1 中国11
1.5.2 美国14
1.5.3 欧洲15
1.5.4 日本和韩国16
参考文献18
第2章19
固态电解质离子输运机理
2.1 离子扩散规律19
2.1.1 Fick定律—扩散现象的描述20
2.1.2 Einstein-Smoluchowski等式—热运动扩散的描述20
2.1.3 Nernst-Einstein关系—离子在外场下的运动21
2.1.4 扩散系数及扩散系数间的关系23
2.2 离子输运的机理27
2.2.1 基于单原子跃迁的输运机制28
2.2.2 多原子参与的输运机制31
2.2.3 界面体系的离子扩散33
2.3 离子电导率的影响因素37
2.3.1 温度与离子电导率的关系37
2.3.2 移动离子价态、半径和浓度与离子电导率的关系38
2.3.3 晶体结构与离子电导率的关系39
2.3.4 缺陷与离子电导率的关系41
2.3.5 晶界与离子电导率的关系41
2.3.6 玻璃网络结构与离子电导率的关系42
2.4 离子输运的测试方法43
2.4.1 示踪原子法44
2.4.2 电化学方法44
2.4.3 核磁共振法47
2.4.4 准弹性中子散射50
2.4.5 μ子自旋弛豫51
参考文献51
第3章57
硫化物固态电解质材料
3.1 概述57
3.2 玻璃态硫化物电解质60
3.2.1 Li2S-P2S5体系60
3.2.2 Li2S-SiS2体系64
3.2.3 Li2S-GeS2体系66
3.2.4 Li2S-B2S3体系67
3.2.5 玻璃态电解质小结69
3.3 玻璃陶瓷态硫化物电解质69
3.3.1 结构和离子传导69
3.3.2 玻璃陶瓷态电解质小结72
3.4 晶态硫化物电解质72
3.4.1 硫代锂超离子导体73
3.4.2 硫银锗矿型硫化物电解质77
3.4.3 LGPS体系79
3.4.4 层状硫化物电解质82
3.4.5 锂硼硫晶态电解质83
参考文献84
第4章93
硫化物固态电解质材料的物理化学性能
4.1 离子电导率93
4.1.1 晶态材料93
4.1.2 非晶态材料96
4.2 电子电导率98
4.3 电化学稳定窗口98
4.4 化学稳定性101
4.4.1 空气稳定性101
4.4.2 与有机溶剂的稳定性106
4.4.3 与锂/钠金属负极的稳定性107
4.4.4 与正极活性材料的稳定性109
4.5 热稳定性113
4.5.1 材料热稳定性113
4.5.2 界面热稳定性115
4.6 力学性能115
参考文献117
第5章125
硫化物电解质/电池干法制备工艺
5.1 硫化物固态电解质的干法制备125
5.1.1 熔融淬冷法125
5.1.2 高能球磨法130
5.1.3 高能球磨与固相烧结联用135
5.1.4 固相烧结法136
5.2 硫化物全固态电池的干法制备138
5.2.1 粉末压片138
5.2.2 干法制膜139
参考文献148
第6章156
硫化物电解质/电池湿法制备工艺
6.1 概述156
6.2 硫化物固态电解质液相参与的合成和加工方法158
6.2.1 硫化物固态电解质的液相合成159
6.2.2 硫化物固态电解质的溶液工艺170
6.2.3 硫化物固态电解质的浆料工艺174
6.3 液相参与的基于硫化物复合电极和固态电解质层的合成和加工178
6.3.1 复合电极178
6.3.2 固态电解质层199
6.3.3 液相参与的基于硫化物全固态电池的加工206
参考文献211
第7章220
硫化物固态电解质与正极材料的界面问题
7.1 正极活性材料/硫化物固态电解质界面问题220
7.1.1 空间电荷层220
7.1.2 界面元素互扩散231
7.1.3 界面反应232
7.1.4 正极活性材料体积变化236
7.2 正极活性材料/硫化物固态电解质界面问题解决办法237
7.2.1 硫化物固态电解质改性238
7.2.2 正极包覆238
7.2.3 正极层与电解质层界面优化244
7.2.4 制备碳基纳米复合正极247
参考文献247
第8章252
硫化物固态电解质与负极材料的界面问题
8.1 锂金属负极/硫化物固态电解质界面问题及解决方法252
8.1.1 界面问题252
8.1.2 界面问题解决方法255
8.2 硅负极/硫化物固态电解质界面问题及解决方法258
8.2.1 界面问题258
8.2.2 界面问题解决方法259
8.3 石墨负极/硫化物固态电解质界面问题及解决方法262
8.3.1 界面问题262
8.3.2 界面问题解决方法265
参考文献267
第9章270
硫化物全固态电池的发展趋势与展望
9.1 硫化物全固态电池应用场景和市场预测270
9.2 硫化物全固态电池发展趋势271
9.2.1 材料体系创新271
9.2.2 制造工艺升级272
9.2.3 技术发展路线图273
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