传统锂离子电池依赖石墨负极和金属氧化物正极，能量密度已逐渐接近材料体系的理论上限。随着电动交通、可穿戴设备和先进储能场景对能量密度、安全性和成本提出更高要求，开发新型电化学体系成为关键方向。
Li─I₂电池以金属锂为负极、碘为正极，碘资源丰富且成本较低，因此被视为具有潜力的高能量密度储能体系。Li─I₂电池的吸引力还来自碘的多价态氧化还原特征。
常规两电子反应可提供约211 mAh g⁻¹的理论容量，而四电子反应有望提升至422 mAh g⁻¹，并带来更高输出电压和能量密度。
不过，多电子碘转化也会引入更复杂的反应路径，尤其是I₃⁻、I₅⁻等多碘化物易溶于有机电解液，造成穿梭效应、自放电和锂负极腐蚀。
因此，Li─I₂电池的发展不能只依赖单一材料改性，而需要从正极限域与催化、锂负极界面保护、电解液溶剂化结构、卤素协同化学以及隔膜/固态电解质选择性阻隔等方面进行协同优化。该综述正是围绕这些组件和机制，梳理近年来可充电Li─I₂电池的进展、挑战与前景。
近日，武汉理工大学许絮、Cheng Zhou在Advanced Functional Materials发表了题为"Rechargeable Lithium–Iodine Batteries: Progress, Challenges and Prospects"的综述论文，Feiyang Yuan、Juan Ji为论文第一作者，许絮、Cheng Zhou为论文通讯作者。
1. 该综述从正极、锂负极、电解液和隔膜/界面四个组件出发，系统总结Li─I₂电池的改性策略。 2. 该研究明确指出，Li─I₂电池的核心优势来自碘资源丰富、成本较低、环境友好以及可实现多电子氧化还原。 3. 该工作强调两电子反应容量有限，而四电子I⁻/I₂/I⁺转化有望将理论容量提升至422 mAh g⁻¹。 4. 研究表明，多碘化物穿梭、碘转化动力学迟缓和锂枝晶生长共同限制了Li─I₂电池实用化。 5. 该综述提出未来应围绕限域-吸附-催化一体化正极、溶剂化结构调控、锂负极保护和固态界面开展协同设计。
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锂碘（Li─I₂）电池因碘储量丰富、电化学可逆性高、环境友好和成本效益好等独特优势而受到越来越多关注。然而，该体系仍面临碘转化动力学迟缓、多碘化物穿梭效应以及锂枝晶生长等挑战。
该综述从正极、负极、电解液和隔膜/夹层材料的性能需求与挑战出发，系统总结了可充电Li─I₂电池技术中的创新突破，并深入讨论其工作机制和核心问题。最后，研究人员提出了Li─I₂电池的设计准则和未来研究方向。
该综述有望加深对Li─I₂电池改性策略的理解，厘清核心科学问题，并进一步推动其在先进储能领域的实际发展。
📊 图文解读
图1 | Li─I₂电池面临的组件级挑战及对应改性策略总览
图1从正极、负极、电解液和隔膜/界面四个层面概括Li─I₂电池的关键瓶颈。正极侧需要解决碘导电性差、碘易升华和多碘化物穿梭问题；负极侧面临锂枝晶和界面副反应；电解液与隔膜则需要兼顾离子传输、穿梭抑制和高价碘稳定。
图2 | Li─I₂电池从植入式一次电池到可充电高能体系的发展脉络
图2展示Li─I₂电池技术的历史演进：早期体系主要用于植入式一次电池，随后逐步发展出可充电、全固态、水系、柔性以及四电子反应体系。该综述指出，近年研究重点已从简单可逆充放电转向高能量密度、多电子反应和界面稳定化。
图3 | Li─I₂电池由碘正极、锂负极、电解液和隔膜构成的基本结构
图3概括Li─I₂电池的基本组成和传输路径。碘正极负责I₂/I⁻或I⁻/I₂/I⁺氧化还原，锂金属负极提供高容量来源，电解液承担Li⁺传输，隔膜阻隔电子接触并限制多碘化物迁移。该结构也揭示了组件协同设计的重要性。
图4 | 有机碘正极和分子限域策略提升碘稳定性与循环寿命
图4重点展示氮掺杂、MAI、TBAI₃和BPD-HI等有机碘正极设计。研究表明，有机阳离子与碘离子之间的强相互作用可稳定高载量碘，减少活性物质流失，并显著提升循环稳定性，例如MAI电极在5C下经过10000圈仍保持高容量。
图5 | 三维锂负极结构和亲锂界面用于缓解枝晶与提升倍率性能
图5展示层状石墨烯纸、预沉积In层以及布基锂负极等负极调控方式。相关策略通过构建三维导电骨架、均匀锂沉积和降低局部电流密度，缓解锂枝晶生长，并改善Li─I₂电池在高倍率条件下的循环稳定性。
图6 | 电解液添加剂调控穿梭效应并激活高价碘氧化还原
图6比较柔性Li─I₂电池、LiNO₃添加剂和含氯电解液对反应路径的影响。LiNO₃可稳定锂负极界面并缓解副反应，Cl⁻相关设计则能通过卤素协同作用稳定I⁺物种，从而推动更深度的四电子碘氧化还原和更高能量输出。
图7 | 功能化隔膜通过吸附和转化多碘化物抑制穿梭效应
图7展示PP、N-rGO@PP和Mo-rGO@PP隔膜对多碘化物吸附转化能力的差异。改性隔膜能够阻止I₃⁻/I₅⁻跨隔膜迁移，同时改善锂对称电池的沉积/剥离稳定性，使Li─I₂电池在5C和10C等高倍率下保持更长寿命。
图8 | 固态电解质和卤化物界面设计推动安全高能Li─I₂电池
图8汇总R-ANF-MOF、全固态Li─I₂电池和Cl富集Li₄.₂InCl₇.₂等固态体系。无定形MOF可强吸附LiI₅并提升热稳定性，卤化物固态电解质则通过I─Cl相互作用稳定高价碘，实现接近理论容量的四电子转化和较高安全性。
图9 | Raman、UV-vis和XPS等表征揭示Li─I₂电池碘反应机制
图9集中展示原位Raman、UV-vis和I 3d XPS等机制表征，用于追踪不同荷电状态下I⁻、I₂、I⁺及有机碘物种的演变。该图强调，理解四电子反应、碘物种稳定和动力学过程，需要谱学证据与电化学行为结合分析。
📝 总结
Li─I₂电池近年来逐渐受到关注，但其规模化应用仍受到低能量密度、反应动力学迟缓和多碘化物穿梭效应等问题限制。为提升电化学性能，后续研究需要在新型材料设计和机制解析方面投入更多工作。
正极方面，当前碳材料和有机基材料主要依靠共价键、离子键等强相互作用固定碘离子并构建高载量正极，但其对多碘化物的催化作用仍有限。
未来应从单纯限域转向限域-吸附-催化一体化，例如发展过渡金属硫化物、单原子/双原子催化剂、异质结构宿主和富缺陷导电框架，以加速I⁻/I₃⁻/I₂转化并拓展I⁻/I₂/I⁺多电子化学。
电解液方面，卤素离子与碘的结合可促进I⁻向I⁺转化，因此含氯添加剂受到更多关注，但其机制、传输限制和界面兼容性仍需深入研究。未来电解液设计应从经验筛选转向溶剂化结构工程和卤素协同化学调控，同时继续探索不含氯体系在安全性和兼容性方面的潜力。
负极方面，当前人工SEI与锂负极的兼容性和循环稳定性仍不足，许多策略直接借鉴Li─S电池，缺乏与碘正极的协同调控。后续可发展原位生长SEI、亲锂骨架和界面反应抑制策略。
隔膜与固态电解质方面，需要进一步提升热稳定性、离子选择性和对多碘化物的阻隔能力。总体来看，Li─I₂电池的未来突破依赖组件协同设计、机制表征和面向实用条件的高载量长寿命验证。
Rechargeable Lithium–Iodine Batteries: Progress, Challenges and Prospects,Advanced Functional Materials,2026,DOI:10.1002/adfm.75649
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