IT 之家 1 月 22 日消息，隨著對(duì)高能量密度、長(zhǎng)壽命電池的需求不斷增加，全固態(tài)電池由于具有較高的安全性和比能量，在電動(dòng)交通等應(yīng)用中具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院龐全全團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種具有高離子電導(dǎo)率的新型玻璃相硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料，并基于該材料研制出具有優(yōu)異快充性能和超長(zhǎng)循環(huán)壽命的全固態(tài)鋰硫電池。
相關(guān)研究成果已于 1 月 16 日以 "All-solid-state Li S batteries with fast solid solid sulfur reaction" 為題發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上（IT 之家附 DOI:10.1038 / s41586-024-08298-9），北京大學(xué) 2025 開年快速集齊 Nature 和 Science。
" 快充性能和循環(huán)壽命是衡量全固態(tài)電池的重要標(biāo)準(zhǔn)。這項(xiàng)研究的突破在于，所開發(fā)的新型電解質(zhì)被賦予了除了導(dǎo)離子本身之外的新功能，通過電解質(zhì)的化學(xué)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我們團(tuán)隊(duì)引入了含有氧化還原活性的碘元素，從而激活了傳統(tǒng)電池中難以進(jìn)行的兩相界面反應(yīng)，從底層實(shí)現(xiàn)快速固固硫反應(yīng)。" 龐全全告訴記者，" 這將原本大家一直頭疼的電解質(zhì)充電副反應(yīng)，通過材料和化學(xué)機(jī)制設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)化成了一種反而有益于氧化還原的介導(dǎo)反應(yīng)。這就好比未來的智能化自動(dòng)駕駛汽車，在實(shí)現(xiàn)代步基本功能前提下，既省去了長(zhǎng)途駕駛的舟車勞頓，還能在車內(nèi)休息。"
" 這也使得電池在快充性能上實(shí)現(xiàn)突破，相對(duì)于現(xiàn)有鋰離子電池小時(shí)級(jí)別充電能力與千次循環(huán)壽命，全固態(tài)鋰硫電池有望實(shí)現(xiàn)分鐘級(jí)快充及萬次循環(huán)充電。" 龐全全表示，該研究所發(fā)現(xiàn)的新材料與新機(jī)制，對(duì)于拓展全固態(tài)電池的性能邊界具有重要意義，也為全固態(tài)鋰硫電池技術(shù)帶來新發(fā)展契機(jī)。該成果將在下一代汽車動(dòng)力電池、低空飛行動(dòng)力、高端電子電池等多個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
為了解決性能和壽命的問題，龐全全團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了系列新型玻璃相硫化物 LBPSI 電解質(zhì)材料 ( Li2S B2S3 P2S5 LiI ) ，該類電解質(zhì)用于鋰硫電池中，不僅作為硫正極內(nèi)部的超離子導(dǎo)體，而且本身含有氧化還原反應(yīng)速度超快的碘（I--I2/I3-），對(duì)硫的固固轉(zhuǎn)化反應(yīng)起到氧化還原介導(dǎo)的作用，從而激活原本難以進(jìn)行的 SE|Li S 兩相界面反應(yīng)，顯著增加了活性位點(diǎn)的密度，實(shí)現(xiàn)快速固固硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。
研究團(tuán)隊(duì)利用飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜研究了電池中碘的氧化還原現(xiàn)象，證明了隨著電池的充電，正極內(nèi)部 I 和 I 物種顯著增加，即氧化產(chǎn)物為 I 和 I 。在放電后，與充電狀態(tài)相比，I 和 I 物種的數(shù)量減少，表明可逆的碘氧化還原行為。
基于這種氧化還原介導(dǎo)策略，全固態(tài)鋰硫電池表現(xiàn)出超快的充電能力。電池在 2C 倍率下釋放出 1497 mAh g 的高比容量（以硫質(zhì)量計(jì)算，下同）；即使以 20 C 超高倍率充電時(shí)，其容量仍可達(dá)到 784 mA h g 。
此外，原型電池在 25 ° C 下，以 5C 倍率循環(huán) 25000 次后，仍具有 80.2% 的初始容量，展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。該研究成果對(duì)于全固態(tài)鋰硫電池的技術(shù)發(fā)展具有重要的理論指導(dǎo)意義，將極大地推動(dòng)新體系動(dòng)力電池的研究進(jìn)展。
