5C，25000次！北京大学庞全全，发表Nature！

全固态锂硫电池具有高的比能量，因其适中的电位不会导致固态电解质的进一步副反应，充电时不会释氧，因此具有更高的本征安全性。此外，使用固态电解质能有效解决液态锂硫电池中的多硫化物穿梭效应问题。然而，固态锂硫电池中由于硫和硫化锂缓慢的固-固氧化还原反应，导致其速率性能和循环寿命较差。

在此，北京大学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，应用到全固态锂硫电池中，实现了前所未有的快速固固硫电化学反应和高循环稳定性。

这种电解质不仅作为硫正极内部的超离子导体，更重要的是，本身含有氧化还原活性的I元素，对硫的固固转化反应起到表面氧化还原介导的作用，促进了Li₂S的高效氧化。在快速充电时，固态电解质（SE）表面的I−可以在SE|C边界处被高效电化学氧化为I₂和I^3⁻（I₂/I³⁻），接着I₂/I³⁻将与之接触的Li₂S化学氧化。

这种基于SE表面的氧化还原介导过程使得SE|Li₂S双相边界的反应得以进行，显著增加了活性位点的密度。通过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，在20 C充电（1C放电，30 °C）时，比容量达到784 mA h g^-1s。此外，该电池在25 °C，5C倍率循环25000次后，仍具有80.2%的容量保持率，展现出卓越的循环稳定性。

图1. 全固态锂-硫电池的快充性能

总之，该工作表明可以通过设计固态电解质，使其具备氧化还原功能，从而促进硫正极反应。这一策略通过设计具有氧化还原活性的电解质，使其能够在较高倍率下介导Li₂S的氧化反应。该策略通过促进SE|Li₂S两相边界的电荷转移，解决了锂硫电池的全固态三相边界挑战，触发了快速的 SSSRR 反应和快充能力。

高S/Li₂S转化效率使电池在25000次循环中展现出优异的循环稳定性。因此该工作所提出的策略有望揭示其他由于动力学缓慢和可逆性差而未能实现的全固态转化化学反应。

图2. 基于LBPSI电解质的全固态锂-硫电池的60°C循环性能

All-solid-state Li–S batteries with fast solid–solid sulfur reaction, Nature 2025 DOI:10.1038/s41586-024-08298-9

庞全全 北京大学材料科学与工程学院研究员，博士生导师。2020、2021、2023、2024年科睿唯安交叉学科高被引科学家，2022年、2023年“斯坦福大学”全球2%顶尖科学家。获海外高层次人才计划青年项目，十四五重点研发计划“新能源汽车”重点专项青年首席科学家，主持国家“十三五”重点研发计划“政府间合作”重点专项目、基金委重大研究计划培育项目等。以第一/通讯作者在Nature（2篇）、Nat. Energy （2篇）、Joule（4篇）、Nat. Commun.（4篇）、JACS、PNAS、Adv. Mater.（4篇）、Angew. Chem.（4篇）、Nano Lett. Adv. Funct. Mater.等杂志发表多篇论文，多篇入选ESI热点论文和高被引论文，担任EcoMat、Rare Metal、Energy Materials Advance、Carbon Energy等杂志青年编委。