性能优异！固态电解质离子电导率达7.22 mS cm⁻¹！全固态NCM电池稳定循环500次！

全固态锂电池因高能量密度和高安全性被视为下一代储能体系的重要方向。硫化物固态电解质具有高室温离子电导率和良好机械加工性，但基于硫化物的全固态电池通常依赖高堆叠压力维持固固界面接触，与低压力运行的实际需求存在差距。在低压力下，界面反应和电极体积变化导致接触损失，界面孔洞和离子传输通路中断加剧极化，加速电池衰减。开发兼具高离子电导率和稳定界面化学的硫化物电解质，是实现低压力下长循环全固态锂电池的关键。

2026年10月7日，香港城市大学郭再萍院士、浙江大学陆俊教授在《Angewandte Chemie International Edition》上发表题为“Site-Selective Anion-Cation Regulation of Sulfide Electrolyte Enables Low-Pressure Dendrite-Suppressed All-Solid-State Lithium Metal Batteries”的研究论文，提出了位点选择性阴阳离子调控策略，通过Al³⁺取代P⁵⁺并引入F⁻/Cl⁻调控银锗矿型Li₆PS₅Cl电解质的阳离子骨架与阴离子亚晶格，实现骨架稳定化与界面化学的耦合优化。

研究团队通过AlF₃和LiCl共掺杂，经机械球磨合成了Li₅.₆₈Al₀.₀₂P₀.₉₈S₄.₆₄Cl₁.₃F₀.₀₆（LAPSCF-Cl）电解质。X射线衍射和中子衍射Rietveld精修表明，Al³⁺优先占据4b位点部分取代P⁵⁺，F⁻和Cl⁻分布于4a/4d阴离子位点。固态⁷Li和³¹P核磁共振谱显示，LAPSCF-Cl的共振峰向低频移动，表明Li⁺与阴离子骨架的静电相互作用减弱，有利于Li⁺迁移。固态²⁷Al MAS NMR谱在约129.74 ppm处出现宽共振，归属于AlS₄四面体环境，未检测到八面体Al物种。

电化学测试表明，LAPSCF-Cl室温离子电导率达7.22 mS cm⁻¹，约为LAPSCF的两倍，活化能为0.238 eV，70°C时离子电导率约20.9 mS cm⁻¹。直流极化法测得LAPSCF-Cl电子电导率为4.02×10⁻⁹ S cm⁻¹，低于LPSC的9.78×10⁻⁹ S cm⁻¹，有利于抑制电子泄漏和内部锂沉积。第一性原理计算表明，Al/F/Cl共掺杂后费米能级附近电子态密度显著降低，带中心从-0.371 eV下移至-1.067 eV，Al-S键的ICOHP值为-2.454 eV，强于P-S键的-2.407 eV，Li-S相互作用减弱，ICOHP值从0.455 eV降至0.023 eV。

在3 MPa低堆叠压力下，Li|LAPSCF-Cl|Li对称电池临界电流密度达2.2 mA cm⁻²，为原始LPSC的4倍以上。在0.5 mA cm⁻²和0.5 mAh cm⁻²条件下稳定循环超过8000小时，初始过电位仅48.3 mV。循环100次后，LAPSCF-Cl基电池锂金属表面致密平整，原子力显微镜显示表面粗糙度显著低于LPSC和LAPSCF体系。原位电化学阻抗谱结合弛豫时间分布分析表明，LAPSCF-Cl界面电阻增长最低且趋于稳定，界面钝化效果显著。

X射线光电子能谱分析表明，LPSC衍生界面以Li₃P、Li₂S和LiCl为主，Li₂S相对含量达74.8%。LAPSCF-Cl衍生界面则富含LiF和LiCl，Li₂S含量大幅降低。飞行时间二次离子质谱深度剖析显示，LAPSCF-Cl界面F⁻信号随溅射深度逐渐减弱，LiF信号增强，Cl⁻保持高信号强度，Li₂S⁻碎片几乎检测不到。冷冻透射电镜证实LAPSCF-Cl衍生界面主要由LiF和LiCl组成，暴露(200)晶面。第一性原理计算表明，Li/LiF-LiCl界面粘附功为0.249 eV Å⁻²，远高于Li/Li₂S-LiCl界面的0.125 eV Å⁻²，有利于形成连续致密的钝化层。

在30 MPa低堆叠压力下，NCM811|LAPSCF-Cl|Li电池在0.5C下初始放电容量175.2 mAh g⁻¹，500次循环后容量保持130.9 mAh g⁻¹，衰减率仅0.05%每循环。硫正极搭配LAPSCF-Cl电解质也表现出优异的倍率性能和循环稳定性，归因于硫正极与软质硫化物电解质的机械兼容性以及低压运行与硫化物电化学稳定窗口的匹配。

1、提出位点选择性阴阳离子调控策略，Al³⁺强化四面体骨架，F⁻/Cl⁻调控阴离子亚晶格，实现骨架稳定与界面化学耦合。

2、LAPSCF-Cl离子电导率达7.22 mS cm⁻¹，电子电导率低至4.02×10⁻⁹ S cm⁻¹，临界电流密度提升至2.2 mA cm⁻²。

3、LiF/LiCl富集界面粘附功达0.249 eV Å⁻²，3 MPa下对称电池循环超8000小时，NCM811电池500次循环衰减率仅0.05%。

图1 高电导率与动态稳定界面硫化物电解质设计

图2 阴阳离子共掺杂组分优化

图3 电解质晶体结构与离子传导

图4 锂对称电池电化学性能

图5 锂/电解质界面分析

图6 SEI组分分析

图7 正极侧稳定性与低压力全电池性能

本研究提出位点选择性阴阳离子调控策略，通过Al³⁺取代P⁵⁺强化硫化物骨架，F⁻/Cl⁻调控阴离子亚晶格提升离子电导率并重构界面化学。LAPSCF-Cl电解质离子电导率达7.22 mS cm⁻¹，电子电导率低至4.02×10⁻⁹ S cm⁻¹，界面分解路径由Li₂S富集转向LiF/LiCl富集，界面粘附功提升至0.249 eV Å⁻²。3 MPa低堆叠压力下，锂对称电池循环超8000小时，NCM811电池500次循环衰减率仅0.05%。该工作揭示了原子位点占据与局部键合、界面形成之间的化学关联，为低压力高能量密度全固态电池电解质设计提供了新思路。