全固态电池被认为是下一代动力电池的终极方案，而硫化物固态电解质（SSEs）凭借超高离子电导率与优异成型性，成为颇具产业化潜力的技术路线之一。
然而一直以来，有个“卡脖子”的难题始终横亘在全固态电池产业化面前——硫化物固态电解质的核心原材料硫化锂（Li₂S），太过昂贵。
宁波东方理工大学讲席教授、中国工程院外籍院士孙学良，教授王长虹团队以工业基准原料碳酸锂（Li2CO3）为锂源，低成本的硫氰酸铵（NH4SCN）为硫源，通过“多级复分解”反应制备出低成本且高品质的硫化锂，攻克硫化物固态电解质的成本痛点。
成本分析表明，使用这种由碳酸锂驱动的硫化锂合成的硫化物固态电解质，总成本降低了86.6%和88.5%，突显了其在推动硫化物固态电解质面向全固态电池商业化的重要技术经济优势。
近日，相关研究发表于国际顶级化学期刊《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）。
让硫化锂从“天价原料”到“平民化制备”
传统硫化锂制备方法存在成本高、安全性差、提纯繁琐、污染风险大等缺陷，无论是锂硫爆燃法、酸碱中和发，还是碳热、镁热还原法，都难以兼顾低成本与规模化生产。该研究选用工业基准原料碳酸锂（8.56 USD/kg）与廉价硫源硫氰酸铵（3.56 USD/kg），反应仅生成二氧化碳、氮气等气态副产物，无需额外提纯即可获得高品质硫化锂，实现公斤级量产，颗粒均匀、结晶度高、适配硫化物固态电解质合成需求。
比肩商用液态电解液的室温电导率
研究利用上述硫化锂，合成了Li5.4PS4.6Cl0.8Br0.8 (LPSCB) 和Li5.4PS4.6Cl1.6 (LPSC) 两种经典SSEs，结晶性良好，几乎无杂质相，室温离子电导率分别达11.33和7.94 mS/cm，电子电导率低至10-8 S/cm级别。利用LPSCB和LPSC电解质，搭配铌酸锂（LiNbO3）包覆的高镍正极（Ni90@LNO）与锂铟合金负极组装全固态电池，0.1C初始容量分别达到192.2和198.8 mAh/g，首圈库伦效率分别为81.9%和85.3%。0.1C~5C实现优异的倍率性能，1C循环800圈容量保持率接近95%。为了验证全固态电池的可应用性，组装软包电芯，软包电池可稳定输出55.4 mAh，3C高倍率仍保留30.32%初始容量，且成功点亮LED小灯泡。
成本大幅降低技术经济性优势明显
团队从经济性、产品纯度、生产安全性、环境友好性、能耗效率、可操作性六项指标全面评估主流合成方法的优缺点，对硫化锂和电解质材料进行了生产成本核算，发现该路线显著降低硫化锂来源成本，使LPSCB和LPSC总成本相较商业硫化锂路线下降86.6%和88.5%，硫化锂对硫化物固态电解质总成本的贡献也降至50%以下。
宁波东方理工大学为论文第一完成单位，孙学良和王长虹为论文通讯作者，东方理工博士生朱蒙飞、夏圣杰，博士后王超为共同第一作者。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1002/anie.8115835.
