針對(duì)這一瓶頸，清華大學(xué)化工系張強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)梳理了鹵化物材料(Li–M–X，M為金屬元素，X為鹵素)的組成、結(jié)構(gòu)與氧化還原化學(xué)發(fā)展歷程，繪制了鹵化物組成元素的氧化還原特性全景圖。研究發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)比例的鹵化物材料具有本征可逆氧化還原活性。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)提出了電壓窗口匹配的核心設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：將鹵化物的可逆氧化還原電壓窗口與高容量電極的工作電壓進(jìn)行戰(zhàn)略性匹配，使鹵化物在傳導(dǎo)鋰離子的同時(shí)貢獻(xiàn)額外容量。
 

　　作為概念驗(yàn)證，研究選取了具有高離子電導(dǎo)率(>10 mS/cm)的氧鹵化物L(fēng)iNbOCl4與高鎳正極NCM90進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)768.6 Wh/kg的復(fù)合正極能量密度，充分驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的有效性。此外，團(tuán)隊(duì)首次系統(tǒng)比較了Cl、Br、I三種鹵素陰離子的氧化還原可逆性規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其可逆性順序?yàn)镮 > Br > Cl，與氧化產(chǎn)物的物理狀態(tài)(固態(tài)I2、液態(tài)Br2、氣態(tài)Cl2)密切相關(guān)。研究還指出，鹵素陰離子氧化還原可在特定場(chǎng)景中發(fā)揮輔助作用，例如作為氧化還原介體介導(dǎo)轉(zhuǎn)化型正極反應(yīng)。
 

　　基于上述成果，團(tuán)隊(duì)展望了下一代全固態(tài)電池的發(fā)展方向。通過將復(fù)合電極中的部分固態(tài)電解質(zhì)替換為氧化還原活性鹵化物，有望在避免界面退化的同時(shí)貢獻(xiàn)額外容量，使全固態(tài)電池能量密度邁向600 Wh/kg，滿足航空航天等前沿領(lǐng)域的應(yīng)用需求。該團(tuán)隊(duì)提出了AI輔助材料發(fā)現(xiàn)、原位多尺度機(jī)理表征、可逆性與循環(huán)壽命提升、新型電池體系探索未來四大重點(diǎn)攻關(guān)方向。
 

　　相關(guān)成果以“鹵化物材料的氧化還原化學(xué)解鎖下一代全固態(tài)電池”(Redox chemistry of halide materials unlocking next-generation all-solid-state batteries)為題，于8月24日發(fā)表于《焦耳》(Joule)。
 

　　清華大學(xué)化工系2025級(jí)博士生李錦梁和博士后黃中垣為論文共同第一作者，清華大學(xué)化工系教授張強(qiáng)、副研究員趙辰孜為論文共同通訊作者。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金等的支持。
 

　　引用：化工系張強(qiáng)團(tuán)隊(duì)在固態(tài)電池電解質(zhì)氧化還原化學(xué)領(lǐng)域取得進(jìn)展-清華大學(xué)【引用時(shí)間：2026年9月2日】