商用石墨负极存在与电解液相容性差，不可逆容量较大，循环稳定性能差，大电流充放电性能差等缺点，制约了石墨作为锂电池负极材料的进一步应用，有必要对石墨负极进行改性处理。因此，本项目团队开发一种采水热处理和两步煅烧工艺制备出氮硫双掺杂多孔石墨烯/天然石墨复合材料，并采用与之匹配的固态电解质，规模化制备了异原子掺杂碳基固态动力电池。
为适应产业化需求，减少生产成本，使用较为高效环保的尿素、硫代乙酰胺和抗坏血酸等作为掺杂剂和还原剂，利用一步法水热成功制备出少量氮硫共掺杂石墨烯改性天然石墨复合材料。天然石墨粒子被分散在具有丰富孔结构的 3D 石墨烯结构中，且它的独特结构可以提供超快的电子转移，电解质运输以及稳定的结构。这里制备的 N、S 共掺杂石墨烯/石墨作为免导电剂的负极材料用于锂离子电池，大大增强了它的电化学性能。同时为提高固体电解质的离子电导率与电极的界面相容性，采用溶液浇注法制备了不同 LAGP-PEO-LiX 体系固体复合电解质，确定了具有最佳综合性能的固体复合电解质的制备工艺并将其应用于全固态电池当中，研究了其电化学性能，为产业化制备提供条件。
为实现产业化制备，项目负责团队探讨了异原子掺杂碳基复合材料作负极的浆料配方和制浆方法。并对与异原子掺杂碳复合负极材料相匹配的电解液体系进行了研究，获取了具有较好安全性和与之匹配性好的电解液体系。在项目执行期内，负责团队与合作企业江苏福瑞士有限公司完成了对异原子掺杂碳基固态动力电池投产运行。
目前，该项目研发出的异原子掺杂碳材料的比容量可达到350mAh/g 以上，全固态电池比能量大于 180 Wh/kg，循环寿命大于 3200 次，-20℃放电容量比超过 75%。
