周豪慎/何平Nature子刊：全固态可充电Li-I2电池，可循环9000次！

可充电Li-I₂电池（LIB）由于其理论容量高、成本低、环境友好等优点而备受关注。需要溶解多碘化物以促进I₂正极的电化学氧化还原反应，这将导致有害的穿梭效应，全固态LIB完全避免了多碘化物在液体系统中的穿梭。然而，传统固体界面处的不溶性放电产物导致电化学反应缓慢且可充电性差等问题。

图1. 传统/本文全固态LIB正极/电解质界面的反应机理

在此，南京大学周豪慎教授、何平教授等人基于由精心设计的混合电解质（由分散层和阻挡层组成）实现的“受限溶解”策略，在全固态锂离子电池中成功诱导出一种新的多碘化物化学。该策略的核心思想是将多碘化物的溶解限制在I₂正极附近的有限空间内，同时多碘化物向负极侧的穿梭被完全阻断。

其中，作为分散层的聚环氧乙烷（PEO）可以在很大程度上溶解在放电/充电过程中产生的多碘化物，从而促进快速和高度可逆的多碘化物化学。单锂离子导体Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃（LAGP）作为阻挡层，有效避免了多碘化物的穿梭效应。此外，PEO分散层具有低杨氏模量，这可以提供固体电解质和固体I₂正极之间的紧密接触，促进电池内的锂离子传输。

图2. 全固态LIB的反应机理研究

因此，通过采用这种混合电解质结构，成功地诱导了多碘化物氧化还原反应。原位拉曼结果揭示了在充电/放电过程中由I₅^–/I₃^–和I₃^–/I^–氧化还原对实现的两步多碘化物反应，而不是传统的一步固相反应 (I₂/I^–)。正如 CV、NMR和EIS结果所证明的，还实现了快速的反应动力学和锂离子传输。

因此，该电池表现出高能量效率、优异的倍率性能和1C下超过9000次的长循环寿命（容量保持率为84.1%）。此外，该电池还表现出高安全性和优异的高温性能。这项工作展示了全固态LIB在高容量/安全性储能方面的广阔应用潜力，为新型可充电全固态电池的开发开辟了新途径。

图3. 全固态LIB的电化学性能

Achieving long cycle life for all-solid-state rechargeable Li-I₂ battery by a confined dissolution strategy, Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-021-27728-0

周豪慎/何平Nature子刊：全固态可充电Li-I2电池，可循环9000次！

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