来源：雪球App，作者： 友绿UGREEN，（https://xueqiu.com/6160640459/322241041）
全固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池，相较于传统的锂离子电池具有显著优势。这种电池的能量密度至少是磷酸铁锂电池和三元锂电池的2-3倍，意味着在同等体积下，其纯电续航里程也要高出2-3倍。此外，固态电池在安全性方面也有天然优势，它不易燃、不易爆，即使在高温环境下也能保持稳定的工作状态，大大降低了电动车起火的风险。
在充电速度和循环寿命方面，全固态电池同样表现出色。例如，有新型全固态锂硫电池实现了分钟级快充和万次循环充电的可能，这得益于其采用的新型玻璃相硫化物固态电解质材料。这种材料不仅提升了电池的快充性能和循环寿命，还为发展高比能、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。
关键要点
主要优点：全固态电池提供更高的能量密度、更长的使用寿命和更快的充电时间，使其成为电动汽车和消费电子产品的理想选择。
实际应用：采用固态技术的主要行业包括电动汽车、消费电子和可再生能源存储，有望提高性能和用户体验。
安全优势：固态电池消除了与液体电解质相关的可燃性风险，提高了高温环境下的安全性和稳定性。
采用挑战：高生产成本和可扩展性问题仍然是广泛采用的重大障碍，需要持续的研究和合作来克服这些挑战。
未来潜力：随着技术的发展，固态电池有望彻底改变各个领域的储能，支持可持续实践并提高用户安全。
随着科学界对锂离子电池性能极限的认识，以及电动汽车和储能系统对高性能电池需求的增加，全固态电池技术近年来受到了广泛关注和研究。许多企业和研究机构都在致力于全固态电池的研发和商业化，以期在未来几年内实现这一技术的广泛应用。其中，全固态锂硫电池由于其高比能量、较少的电解质副反应，及电池充电时不会发生释氧现象，具有更高安全性，能够满足未来动力电池市场的要求。然而，全固态锂硫电池的倍率性能和循环寿命较差，如何让这类电池实现快速且稳定的全固态硫转化反应，是全球科学家共同面临的难题。
图1.传统全固态锂硫电池的问题及本研究的快速固固硫转化反应机制。
近日，北京大学材料科学与工程学院庞全全科学团队开发了一种新型玻璃相硫化物固态电解质材料，并采用该材料研制出新型全固态锂硫电池，为发展高比能、高安全、低成本的下一代动力电池提供了新的技术方案。
1月16日，相关研究成果在国际学术期刊《自然》上发表。
图2.基于LBPSI电解质的全固态锂硫电池的常温循环性能。
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(Li2S‒B2S3‒P2S5‒LiI)，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（I--I2/I3-），对硫的固固转化反应起到氧化还原介导的作用（solid state redox mediating），从而激活原本难以进行的SE|Li₂S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 （图1）。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I₂和I₃⁻物种显著增加，即氧化产物为I₂和I₃⁻。在放电后，与充电状态相比，I₂和I₃⁻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20 C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，展现出优异的循环稳定性。该研究成果对于全固态锂硫电池的技术发展具有重要的理论指导意义，将极大地推动新体系动力电池的研究进展。
庞全全表示，该研究所发现的新材料与新机制，对于拓展全固态电池的性能边界具有重要意义，也为全固态锂硫电池技术带来新发展契机。该成果将在下一代汽车动力电池、低空飞行动力、高端电子电池等多个领域产生深远影响。固态是锂电池的核心技术迭代，更是全球角逐龙头的新质生产力。自国家从高层开始力推低空经济后，基于低空飞行器对高能量密度电芯的刚需属性，全固态电芯规模化量产的必要性和产业趋势在加强，且低空经济对全固态电池的成本接纳程度高，有助于推广全固态电池实现0-1的规模化应用突破。
快充性能和循环寿命是衡量全固态电池的重要标准。这项研究的突破在于，所开发的新型电解质被赋予了除了导离子本身之外的新功能，通过电解质的化学及结构设计，科研团队引入了含有氧化还原活性的碘元素，从而激活了传统电池中难以进行的两相界面反应，从底层实现快速固固硫反应。这将原本大家一直头疼的电解质充电副反应，通过材料和化学机制设计，转化成了一种反而有益于氧化还原的介导反应。这就好比未来的智能化自动驾驶汽车，在实现代步基本功能前提下，既省去了长途驾驶的舟车劳顿，还能在车内休息。
这也使得电池在快充性能上实现突破，相对于现有锂离子电池小时级别充电能力与千次循环寿命，全固态锂硫电池有望实现分钟级快充及万次循环充电。该研究所发现的新材料与新机制，对于拓展全固态电池的性能边界具有重要意义，也为全固态锂硫电池技术带来新发展契机。该成果将在下一代汽车动力电池、低空飞行动力、可再生能源储能、高端电子电池等多个领域产生深远影响。
素材来源：北京大学材料科学与工程学院、中国能源报等，整理：友绿智库