清华/北航EES：首次揭示硫化物全固态电池的不同热失控机制

全固态电池（ASSBs）是下一代储能技术中最有前景的候选技术之一。特别是采用硫化物固态电解质（SE）的全固态电池具有高导电性，可与液态电解质（LE）相媲美。然而，人们对硫化物基ASSB的热失效缺乏基本了解。

图1 不同电解质与脱锂NCM相处时的热行为

清华大学欧阳明高院士、Dongsheng Ren、北京航空航天大学刘翔等首次揭示了硫化物基ASSB的两种不同的热失控（TR）机制，即气固反应和固固反应。与主流观点相反，玻璃陶瓷（Li₃PS₄和Li₇P₃S₁₁）和晶体（Li₆PS₅Cl和Li₁₀GeP₁₂S₂）SE都表现出比具有脱锂LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM）正极的LEs显著更大的发热，DSC-MS表征揭示了这一点，并在复合正极颗粒中得到了证实。

在气固反应的驱动下，玻璃陶瓷SE在约200℃时被NCM正极释放的O₂氧化，产生大量热量和有毒的SO₂气体。相反，结晶硫化物SE在200℃时对晶格O₂保持稳定，不产生SO₂，在300℃时与NCM正极的分解产物（过渡金属氧化物等）发生固-固反应。

图2 DSC-MS测试过程中不同硫化物SE+NCM的气体演化及其比较

非原位表征显示，在高温下会产生不同的分解产物，表明具有NCM的硫化物SE的不同失效途径。所提出的机理描述了硫化物SE结构、气体驱动的串联反应以及硫化基ASSB TR过程中固-固接触引起的界面反应之间的关系。这项工作的研究强调了对ASSB安全性进行基础研究的必要性，并为本质安全电池新兴材料的设计原理提供了新的启示。

图3 LPSC+NCM样品加热至不同温度后的非原位表征

Distinct thermal runaway mechanisms of sulfide-based all-solid-state batteries. Energy & Environmental Science 2023. DOI: 10.1039/d3ee00084b

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清华/北航EES：首次揭示硫化物全固态电池的不同热失控机制

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