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    【科技】清华大学欧阳明高院士/卢兰;光/任东生、国轩高科潘瑞军AEM：硫化物基全固态电池中硅基负极热失效机理研究|欧阳明高_新浪财经_新浪网

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    全固态电池（ASSBs）因其采用不可燃的无机固态电解质，有望从根本上解决传统液态锂离子电池的安全问题，并因其高机械强度、宽电化学窗口而成为下一代高能量密度电池的关键方向。在各类固态电解质中，硫化物固态电解质（SSEs） 因其最高的离子电导率和良好的机械性能，成为最具竞争力的选择，全球各大厂商正积极投入研发并计划于2027-2030年间量产。然而，在规模化应用前，必须对ASSBs的安全性进行全面评估。尽管普遍预期其本征安全，但近期研究表明，在极端高温或机械滥用条件下，ASSBs仍可能发生热失控。2026年1月8日，清华大学欧阳明高院士/卢兰光/任东生、国轩高科潘瑞军等聚焦于Si/C负极与典型硫化物固态电解质之间的热安全问题。研究系统选取了四种具有代表性的硫化物SSEs：Li??GeP?S???(LGPS)、Li?PS?Cl (LPSC)、Li?P?S???(LPS7) 和 Li?PS??(LPS3)，以覆盖不同的离子电导率、结构和本征热稳定性。通过与传统液态电解质（LE） 的对比，本研究系统性地探究了Si/C负极与SSEs混合体系在加热过程中的产热特性、反应起始温度、总放热量，并利用多种表征手段揭示了其反应产物与机理。最终，通过整合正极侧（NCM + LPSC）与负极侧（Si/C + LPSC）的放热行为，首次完整阐明了NCM | LPSC | Si/C全电池系统的三阶段热失效机制。【研究内容】研究重点关注Si/C负极相对于典型硫化物SSEs的热安全性，这些SSEs包括Li??GeP?S??（LGPS）、Li?PS?Cl（LPSC）、Li?P?S??（LPS7）和Li?PS?（LPS3）。选择这些SSEs是因为它们代表了不同离子电导率、不同结构以及不同内在热稳定性的谱系，从而能够全面评估其与Si/C负极的界面热反应性。已深入研究了加热过程中Si/C负极与硫化物SSE的产热特性。结果表明，硫化物SSE与Si/C负极之间放热反应的起始温度显著高于常规LE与Si/C负极之间反应的起始温度(公众号今日新能源)。然而，当温度高于350°C时，硫化物SSE与Si/C负极之间会发生剧烈的放热反应，导致大量热量产生和潜在热失控风险。深入表征揭示了在高温下硫化物SSE与Si/C负极之间的主要反应产物为Li?S、P?S?和PO?。最后，通过整合复合正极（NCM + LPSC SSE）和复合负极（Si/C + LPSC SSE）的放热行为，阐明了NCM | LPSC | Si/C体系ASSB的热失控路径。图1| 复合硅碳负极与不同硫化物固态电解质的差示扫描量热曲线图2| 不同硫化固态电解质与Si/C负极在不同温度加热后的微观图像。(a) Si/C，(b) Si/C + LPSC，(c) Si/C + LPS7图3| 不同硫化物固态电解质与Si/C负极的放热起始温度和释放热量。(a) Si/C + LE体系的起始温度与(b) 释放热量。(c) Si/C + LPSC体系的起始温度与(d) 释放热量。(e) 不同体系间起始温度与释放热量的整体对比图4| (a) Si/C，(b) Si/C + LPSC，(c) Si/C + LGPS，(d) Si/C + LPS7，(e) Si/C + LPS3体系的原位加热X射线衍射图谱图5| (a) Si/C + LPSC，(b) Si/C + LGPS，(c) Si/C + LPS7，(d) Si/C + LPS3的非原位加热X射线光电子能谱【结论】总之，该研究对四种硫化物SSEs（LGPS、LPS3、LPSC、LPS7）与Si/C负极之间的热失效特性进行了全面研究。DSC测试表明，与Si/C + LE体系相比，硫化物SSE与Si/C负极之间的放热副反应在更高的起始温度（>350°C）下才开始，展示了硫化物SSE更优异的热稳定性。然而，与Si/C负极和LE之间的反应相比，Si/C负极与硫化物SSE之间的放热反应产生了更多的热量，带来了潜在的安全隐患。原位XRD和非原位XPS表征表明，在加热至约350°C的过程中，锂化Si/C负极经历了连续的相变（LiC? → LiC?? → LiC??），而硫化物SSE在更高温度下被Si/C负极还原形成Li?S和P?S?化合物，最终导致热失效。具有良好结晶度的LPSC和LGPS在高温下仍能保持结构稳定性，而另外两种硫化物SSE（LPS7和LPS3）在加热过程中表现出不同程度的分解，其中LPS7明显自分解为Li?P?S?。此外，基于复合正极和复合负极的DSC曲线，阐明了NCM | LPSC | Si/C全电池的放热特性。复合正极在200~350°C之间显示出两阶段放热过程：200–250°C以NCM与LPSC之间的气-固反应为主，随后在250–350°C发生固-固反应。复合负极中LPSC SSE与Si/C负极的放热副反应仅在350°C以上发生。全电池与复合正极在350°C以下放热行为的相似趋势证实了正极是引发ASSB热失控的初始触发因素。至关重要的是，脱锂正极释放的氧气是主要的引发因素。随后，热失控通过界面反应传播，引发负极处进一步的放热反应，并导致多组分链式反应。基于上述发现，NCM | LPSC | Si/C全电池的三阶段热失控机制总结如下：(i) 复合正极的气-固反应（200–250°C）；(ii) 复合正极的固-固反应（250–350°C）；(iii) 涉及NCM、LPSC和Si/C共同参与的复杂链式反应（350°C以上）。该研究证实了硫化物SSE与Si/C负极具有更优异的热安全性，同时也阐明了负极侧的潜在失效机制。此外，它填补了关于Si/C负极在ASSB热失控中作用的关键研究空白，并提出了潜在的解决方案。未来的研究应侧重于开发延缓NCM正极氧气释放或增强硫化物SSE在氧气气氛下热稳定性的策略。同时，亟需付出巨大努力以改善硫化物SSE在高温条件下对Si/C负极的还原稳定性，这对于减轻ASSB的潜在安全隐患至关重要。引用本文：L. Chen, X. Rui, D. Ren, et al. “ Thermal Failure Mechanism of Sulfide-Based All-Solid-State Battery with Si-Based Anode.” Advanced Energy Materials (2026): e05623.?原文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202505623邮发代号：80-732联系热线：010-64519601/9602/9643投稿地址：http://www.energystorage-journal.com/ .appendQr_wrap{border:1px solid #E6E6E6;padding:8px;} .appendQr_normal{float:left;} .appendQr_normal img{width:100px;} .appendQr_normal_txt{float:left;font-size:20px;line-height:100px;padding-left:20px;color:#333;} 海量资讯、精准解读，尽在新浪财经APP

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