全固態(tài)鋰硫電池ASSLSBs作為下一代儲能技術(shù)的代表，因其高理論能量密度（可達2600 Wh/kg）、優(yōu)異的安全性和低成本潛力而備受關(guān)注（圖1）。其正極材料通常采用硫化鋰（Li?S）或單質(zhì)硫，其中Li?S作為預(yù)鋰化材料，固態(tài)電解質(zhì)包括有機（聚合物）/無機（氧化物/硫化物/鹵化物）以及復(fù)合電解質(zhì)。負極材料為金屬鋰。金屬鋰具有很高的理論比容量（3860mAh/g）和極低的電極電位（相對于標準氫電極 -3.04V ），能夠提供高的電池電壓和能量密度。

然而，ASSLSBs的商業(yè)化仍面臨復(fù)合正極設(shè)計、界面穩(wěn)定性、體積變化管理及規(guī)模化制備等挑戰(zhàn)，需通過材料創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)優(yōu)化來突破瓶頸（圖2）。

圖1  全固態(tài)鋰硫電池概述圖

圖2  鋰硫固態(tài)的挑戰(zhàn)

圖片來源：Nano-Micro Lett. (2024) 16:172

ASSLSBs的性能高度依賴于關(guān)鍵材料的創(chuàng)新。

正極材料方面，研究聚焦于提升硫的導(dǎo)電性和利用率。例如，孫學(xué)良院士團隊設(shè)計了一款新型正極（圖3a），其結(jié)構(gòu)為納米級的硫化鋰嵌入到非晶態(tài)的硫化鐵鋰基體中，正極展現(xiàn)出優(yōu)異的長期循環(huán)穩(wěn)定性，經(jīng)過 320 次循環(huán)后容量保持率仍超過 99%。當正極中活性物質(zhì)含量為 48%、質(zhì)量負載量為 19.1mg·cm-2時，其面容量可達 13.2mAh/cm-2。福州大學(xué)王星輝教授團隊與湖南大學(xué)魯兵安教授團隊合作制備了垂直石墨烯-硫化鋰復(fù)合薄膜正極 (VGs-Li?S) （圖3b），在全固態(tài)電池的體系中保持超過3000次循環(huán)的穩(wěn)定循環(huán)并提供5.79 μAh·cm?²的放電面積比容量(容量保持率為81%)。

固態(tài)電解質(zhì)的創(chuàng)新研究很多，例如新型的硫銀鍺礦電解質(zhì)經(jīng)過 230 次循環(huán)仍能實現(xiàn)2mAh·cm?²的面容量；而在60 度時，可獲得11.3m Ah·cm?²的高容量，且容量保持率為 90%（圖3c）；雙約束拓撲聚合物電解質(zhì)（DCTPE）具有強吸附能力和界面增強作用，可實現(xiàn)鋰離子的均勻沉積與快速遷移。因此，Li-SPAN 電池在 1C 倍率下展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，可穩(wěn)定循環(huán) 1200 次以上。更重要的是，在軟包全電池測試中，該電池在 0.5C 倍率下仍能穩(wěn)定循環(huán) 500 次且無明顯容量衰減，容量保持在 1134.4 mAh·g-1，容量保持率高達 95.4%（圖3d）。

圖3  (92Li2S@8LiFeS2)復(fù)合正極（a）；VGs-Li?S復(fù)合薄膜正極（b）Nano-Micro Letters (2023)15: 73；硫銀鍺礦（Li6PS5Cl）電解質(zhì)（c）Nature Materials | Volume 24 | July 2025 | 1082–1090；雙約束拓撲聚合物電解質(zhì)（DCTPE）（d）Adv. Funct. Mater. 2025, 2506355。

工業(yè)應(yīng)用上，潛在的工業(yè)應(yīng)用場景有電動汽車，無人機，水下機器人，穿戴設(shè)備等等，目前研究最多的還是電動汽車（表1）。

表1  鋰硫固態(tài)潛在應(yīng)用場景及核心需求

短期目標（2025-2027）是優(yōu)化硫化物電解質(zhì)成本，實現(xiàn)無人機 / 穿戴設(shè)備小批量應(yīng)用，能量密度穩(wěn)定在 500Wh/kg；中期目標（2028-2030）是車企量產(chǎn) SSLSBs 電池（如蔚來 ET Flyzer 電動飛機），適配電動車續(xù)航 1500km，成本降至 100 美元 /kWh；長期目標（2030+）拓展至深海探測、航空航天，開發(fā) “無鋰陽極” SSLSBs，能量密度突破 1000Wh/kg。

>國際層面：美國能源部 “EVs4ALL”計劃為固態(tài)電池研發(fā)提供資金支持，Solid Power 聚焦硫復(fù)合正極，Lyten 推進先進鋰硫電池制造；

>國內(nèi)層面：中國出臺 “上海市新能源儲能示范創(chuàng)新發(fā)展工作計劃”，成立固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟，車企計劃 2026-2030 年實現(xiàn) SSLSBs 量產(chǎn)裝車；

技術(shù)瓶頸主要集中在四個方面：

>功率密度不足：固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低（聚合物室溫 < 10?? S/cm），硫正極電子導(dǎo)電性差，導(dǎo)致快充慢、高倍率放電能力弱；

> 循環(huán)壽命短：充放電時硫正極體積膨脹（~80%），電極-電解質(zhì)界面開裂；

>實際能量密度低：實驗室只算活性材料（硫 + 鋰），忽略 inactive 組件（電流集流器、封裝占比超 50%），軟包電池實際能量密度常不足 300Wh/kg；

>產(chǎn)業(yè)化難：硫化物電解質(zhì)怕水氧（需惰性氣氛組裝）；硫化鋰價格昂貴；現(xiàn)有鋰電產(chǎn)線無法直接適配。

根據(jù)上述一些技術(shù)瓶頸，目前也可通過先進技術(shù)賦能去解決（圖4），比如人工智能（AI）加速研發(fā)：機器學(xué)習（ML）模型可預(yù)測固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率，減少試錯實驗；通過主動學(xué)習生成 3000 + 界面結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，優(yōu)化陰極 - 電解質(zhì)界面設(shè)計；3D 打印革新制造：噴墨打印實現(xiàn) 2.8μm 超薄電解質(zhì)原位制備，溶劑移除過程中實現(xiàn) Li?S@CNT 正極與電解質(zhì)一體化成型；未來研究建議聚焦器件級優(yōu)化，平衡性能與成本，明確技術(shù)定位以及加強跨學(xué)科合作。

圖4  先進技術(shù)賦能鋰硫固態(tài)制備