青岛能源所破解硫化物全固态电池热失控起源难题
- 2026/2/23 8:56:47 19069
- 来源：中国科学院青岛能源所
【仪表网 研发快讯】全固态电池因其采用不可燃无机固态电解质，被视作解决液态锂离子电池安全瓶颈的战略性技术方向。其中，硫化物固态电解质凭借高离子电导率与良好的机械变形能力，成为最具产业化前景的技术路线之一。青岛能源所固态能源系统技术中心长期深耕硫化物固态电池领域基础科学问题与关键技术攻关，在低压电池均质化正极、合金负极等关键材料体系与电解质成型工艺等方面取得系统性进展，为全固态电池从材料创新走向工程化应用奠定了重要基础。
随着研究的深入，硫化物全固态电池的安全性问题逐渐凸显。近年多项研究表明，该类电池仍可能在远低于预期温度的异常条件下突发热失控。这一反直觉现象对“固态即安全”的传统认知构成严峻挑战。针对这一难题，固态能源系统技术中心从微观界面视角切入，致力于系统解析固态电池热安全的关键边界与内在机理。研究团队综合运用加速量热、差示扫描量热与原位质谱联用技术，结合多尺度结构表征与第一性原理计算，首次揭示热失控的真正“点火器”并非体相材料，而是电化学循环中在正极/电解质界面原位形成的亚稳态反应层，并系统阐明了硫化物全固态电池热失控的电化学-化学双阶段级联机制，为后续固态电池成组设计及热管理策略提供了关键理论指导。
在热失控前期：硫化物固态电解质在高电压下发生电化学氧化分解，生成富含二硫键(–S–S–)及磷硫桥键(–P–S–P–)的亚稳态界面物种；该类产物与脱锂态高镍正极释放的活性氧发生剧烈放热反应，并伴随SO₂、CO₂等气体释放，成为热失控的初始“引信”。随后第二阶段：局部温升触发正极与电解质的本征化学不相容反应，释放大量热量，驱动系统进入不可逆快速升温，引发电池剧烈热失控(图1)。
图1 硫化物固态电池热失控过程示意图
此项研究首次厘清了固态电池电化学界面与化学放热反应之间的级联关联，明确电化学衍生界面物种对热失控的关键触发作用，推动全固态电池安全设计范式由体相材料单点突破转向体相与界面一体化协同的策略重构。
该工作以“Electrochemical initiation and chemical reaction cascades in dual-stage thermal runaway in sulfide-based all-solid-state batteries”为题发表在Nature Communications，青岛能源所固态系统技术中心吴余涵、张舒、孙友龙为第一作者，崔光磊研究员、黄浪副研究员为通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、山东省重点研发计划等项目的资助。
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