北京大学庞全全最新Nature子刊，预嵌入固-固氧化还原介体，实现快充耐用全固态锂硫电池！！！

全固态锂硫电池具有高比能量和低成本前景。然而，由于慢的固-固硫氧化还原反应，它们面临倍率性能差和循环稳定性不足的挑战。

基于此，北京大学庞全全提出预嵌入固-固氧化还原介体，使用无定形硫/碘纳米共晶正极，实现快充和耐用的全固态锂硫电池。碘由于碳介孔封装而与硫紧密均化，进行快速I₂/I⁻氧化还原反应，通过促进跨边界电子转移介导固-固硫反应。碳内和表面的碘原位与硫化物正极反应，形成贯穿正极的全局分布I₂/I⁻纳米网络，从而实现快充。电池在10C充电倍率下比容量为851.9 mAh g⁻¹(S)，在24C充电倍率下为474.7 mAh g⁻¹(S)（1C定义为945 mAh g⁻¹(S)）。氧化还原介导反应高度可逆，使2C下9000圈循环超过9个月，0.5C下2800圈循环超过17个月。该策略为开发受慢反应困扰的转换型电极提供了新视角。

Fig. 1｜预嵌入固-固氧化还原介体在共晶S₈I₂纳米复合物中的表征

a S₈I₂（非碳封装）、S/KB、I₂/KB和S₈I₂/KB的XRD图谱，KB重量比保持25 wt%，底部列出α-S₈和I₂的布拉格衍射峰。b 非碳封装S₈I₂的SEM图像，显示层状共晶组织。c S₈I₂/KB和S/KB的S K边XANES谱。d S₈I₂/KB的HAADF-STEM图像及S、I、C的EDS mapping。

S₈I₂/KB中S和I在纳米尺度均匀分布，形成无定形纳米共晶。XANES显示S₈I₂/KB中硫以S⁰形式存在，且碘的引入使硫颗粒尺寸更小。碳介孔封装阻止了硫/碘长程交叉扩散，实现纳米级均化，为放大I₂/I⁻对固-固硫反应的介导效应奠定结构基础。

Fig. 2｜25°C下S₈I₂/KB基全固态锂硫电池的快充性能

a 使用无定形S₈I₂/KB纳米复合物与Li₅.₅PS₄.₅Cl₁.₅正极电解质的电池在不同充电倍率下的容量，纯硫S₈/KB复合物作为对比。b,c S₈I₂/KB（b）和S/KB（c）的充放电电压曲线。d,e 对应的dQ/dV曲线。f,g S₈I₂/KB与Li₇P₃S₁₁正极电解质的充电倍率性能（f）及电压曲线（g）。h,i S₈I₂/KB与Li₃PS₄正极电解质的充电倍率性能（h）及电压曲线（i）。

S₈I₂/KB电池在10C充电下容量851.9 mAh g⁻¹(S)，24C下仍达474.7 mAh g⁻¹(S)；纯S/KB在10C仅341.0 mAh g⁻¹(S)，24C仅128.2 mAh g⁻¹(S)。三种硫化物电解质（Li₅.₅PS₄.₅Cl₁.₅、Li₇P₃S₁₁、Li₃PS₄）均表现快充，说明快充机制不依赖特定电解质，而是碘预嵌正极的固有特性。

Fig. 3｜S₈I₂/KB复合正极的微观结构与提出的固-固氧化还原介导机制

a S₈I₂/KB-Li₅.₅PS₄.₅Cl₁.₅正极的同步辐射XRD图谱，以及Li₅.₅PS₄.₅Cl₁.₅和LiI标准谱。b 纯S/KB和S₈I₂/KB复合物示意图，放大显示S₈I₂/KB内部和表面结构。c 原始S₈I₂/KB-Li₅.₅PS₄.₅Cl₁.₅复合物的透射电镜图像。

S₈I₂/KB与Li₅.₅PS₄.₅Cl₁.₅混合后生成LiI，表明碘与硫化物电解质发生原位反应。LiI在S₈I₂/KB颗粒表面和孔道中形成全局分布的I₂/I⁻纳米网络，作为氧化还原介体。该机制不同于液态电解液中的溶解型介体，而是依赖纳米级均化和固-固接触。

Fig. 4｜S₈I₂/KB正极固-固氧化还原介导的机理研究

a-d 原位I K边XANES：首次充电（a,b）和随后放电（c,d）过程中的I K边XANES演化。e 原始、首次充至3.2 V、放至1.4 V、二次充至3.2 V的正极的S K边XANES。f,g 不同状态下I₂⁻和I₃⁻碎片的TOF-SIMS表面分析。h In/InLi|PSCl|S₈I₂/KB|Li₅.₅PS₄.₅Cl₁.₅电池在45°C下的原位DEMS气体分析。

充电至2.7–2.8 V时I⁻氧化为I₂，放电至~2.5 V时I₂还原为I⁻，证明I₂/I⁻氧化还原可逆。S K边XANES显示S/Li₂S可逆转化。TOF-SIMS和DEMS证实I₂形成，且I₂可与Li₂S快速化学反应生成LiI和S，验证固-固氧化还原介导机制。

Fig. 5｜25°C下S₈I₂/KB基全固态锂硫电池的长期循环性能

a S₈I₂/KB与Li₃PS₄正极在0.5C（0.49 mA cm⁻²）下的长期循环。b S₈I₂/KB与Li₅.₅PS₄.₅Cl₁.₅正极在5C（5.3 mA cm⁻²）下的长期循环。c 10C充电/2C放电（12.7/2.5 mA cm⁻²）下的长期循环。d,e 5C（d）和10C（e）下的充放电电压曲线。

0.5C下循环2800圈容量保持81.4%，运行超17个月；5C下循环3400圈容量保持92.0%；10C下循环5000圈容量保持80.6%。高倍率下电压曲线稳定，说明氧化还原介导反应高度可逆，固-固接触良好。

Fig. 6｜高载量S₈I₂/KB-Li₅.₅PS₄.₅Cl₁.₅正极的长期循环性能

a S₈I₂载量5.0 mg cm⁻²，1C下长期循环。b S₈I₂载量10.0 mg cm⁻²（30 wt%），0.1C下循环性能。c,d 高S₈I₂比例（50 wt%，1.3 mg cm⁻²）电池在2C下的长期循环（c）及电压曲线（d）。e 60 wt% S₈I₂、3.4 mg cm⁻²电池在0.2C下循环。

5 mg cm⁻²载量下1C循环1600圈容量保持80.3%；10 mg cm⁻²载量下0.1C循环100圈容量保持87.9%；50 wt% S₈I₂电池2C循环9000圈容量保持75.8%，运行超9个月。高载量、高比例下仍稳定循环，展示实用化潜力。

结论

总之，为解决慢的固-固硫氧化还原反应挑战，作者描述了一种使用无定形硫/碘纳米复合正极的固-固氧化还原介导策略。预嵌入的固-固氧化还原介体实现高倍率和长寿命全固态锂硫电池。碳介孔中纳米级硫/碘混合通过最大化反应介导位点密度，为强SSRM效应奠定基础。碳内和表面的碘自发与硫化物固态电解质正极反应，形成贯穿正极复合物的渗流I₂/I⁻纳米网络。预嵌入的碘在纳米尺度均匀分布，以I₂/I⁻形式进行快速氧化还原反应，通过促进跨固-固边界电子转移介导固-固硫反应。作者的PE-SSRM策略为开发全固态转换型电极提供了一种易于采用的思路。

文献信息
Song et al., Fast-charging and durable all-solid-state lithium-sulfur batteries enabled by pre-embedded solid-solid redox mediator. 

Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-78042-6

文章来源：电解质前沿