电动知家消息，近日，我国科学家在固态电池方面取得了新的突破。北京大学的庞全全团队开发了一种新型电解质材料，造出的新型全固态锂硫电池有望实现分钟级快充和万次循环充电，最新学术论文已经发表在了《Nature》上。
其技术路线实现了快速固固反应速率和高循环稳定性，为发展高比能、高安全、低成本的下一代动力电池，提供了一套新的技术方案。该团队研发的全固态锂硫电池表现出超快的充电能力：电池在2C倍率下释放出1497 mAh g⁻¹的高比容量（以硫质量计算，下同）；即使以20C超高倍率充电时，其容量仍可达到784 mAh g⁻¹。此外，原型电池在25 °C下，以5C倍率循环25000次后，仍具有80.2%的初始容量，具有绝佳的循环寿命。相较于当前主流的锂电池，这种固体电池技术一旦落地，对新能源汽车、低空飞行汽车等都有着深远影响。
熟悉这种新型固态电解质材料前，我们先来了解一下液态电池、半固态电池和全固态电池的区别。液态电池主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜四大主材组成。而半固态电池，顾名思义，就是介于液态电池和固态电池之间，带有少量液态电解质的电池。全固态电池则是将液态电解质换成固态电解质的电池。相比于传统的液态电池，其安全性和能量密度都更高。理论上，固态电池的能量密度可以达到液态电池的10多倍，充电速度也能提高数十倍。
基于硫正极和锂负极的全固态锂硫电池具有高比能量，且其适中的电位不会导致固态电解质过度副反应，充电时不会释氧，有着更高的本征安全性。然而，全固态锂硫电池中的固固硫转换反应，只能在固态电解质、活性材料和碳之间的三相边界发生，反应动力学缓慢，导致电池的速率性能和循环寿命较差。
为了解决这一挑战，庞全全团队设计合成了系列新型玻璃相硫化物LBPSI电解质材料，该类电解质用于锂硫电池中，不仅作为硫正极内部的超离子导体，而且本身含有氧化还原反应速度超快的碘，对硫的固固转化反应起到氧化还原介导的作用，从而激活原本难以进行的固态电解质、硫化锂两相界面反应，显著增加了活性位点的密度，实现快速固固硫反应动力学。团队利用飞行时间二次离子质谱研究了电池中碘的氧化还原现象，证明了随着电池的充电，正极内部的碘单质和三碘阴离子物种显著增加，即氧化产物为碘单质和三碘阴离子。在放电后，与充电状态相比，碘单质和三碘阴离子物种的数量减少，表明可逆的碘氧化还原行为。
基于这种氧化还原介导策略，全固态锂硫电池表现出超快的充电能力。电池在2C倍率下释放出1497 mAh g⁻¹的高比容量（以硫质量计算，下同）；即使以20C超高倍率充电时，其容量仍可达到784 mA h g⁻¹。此外，原型电池在25 °C下，以5C倍率循环25000次后，仍具有80.2%的初始容量，具有绝佳的循环寿命。
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