1. Nature Energy：高性能鋰離子電池層狀富鎳正極的近表面重構(gòu)

電池頂刊集錦：Yang-Kook Sun、李泓、趙天壽、支春義、孫世剛、蔣建中、陳軍等成果！

層狀富鎳正極材料的能量密度高，但容量衰減快。層狀富鎳正極材料的不穩(wěn)定性歸因于帶電正極表面不穩(wěn)定的Ni⁴⁺離子產(chǎn)生的副反應(yīng)，如電解質(zhì)分解、金屬溶解和析氧反應(yīng)。微裂紋使正極與電解液之間的界面面積呈指數(shù)級(jí)增加，是引起容量快速衰減的主要因素。除了電化學(xué)問題外，層狀富鎳正極的表面不穩(wěn)定性導(dǎo)致了不可避免的化學(xué)反應(yīng)，在正極表面形成殘留的鋰化合物。即使短期暴露在空氣和濕氣中，也會(huì)形成殘余的鋰，分解產(chǎn)生HF和氣態(tài)物質(zhì)，對(duì)LIBs的使用構(gòu)成潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

在此，漢陽(yáng)大學(xué)Yang-Kook Sun團(tuán)隊(duì)提出了一種使用Co^–水溶液的洗滌工藝，可以同時(shí)去除殘留的鋰并在富鎳層狀正極上形成保護(hù)涂層。洗滌通過與殘余鋰化合物的反應(yīng)誘導(dǎo)了近表面結(jié)構(gòu)的重建，從而阻止了電解質(zhì)與富鎳表面的直接接觸。

洗滌正極上額外的氟涂層阻礙了鹽的分解，防止副產(chǎn)物在電解質(zhì)-正極界面觸發(fā)自催化副反應(yīng)，從而抑制循環(huán)過程中的氣體生成。這些近表面重建的組合協(xié)同延長(zhǎng)了富鎳正極的循環(huán)壽命，并滿足了下一代電池在實(shí)際應(yīng)用中的能量密度、耐用性和安全性要求。

圖1. 不同表面改性的電化學(xué)性能比較

總之，該工作提出的近表面修飾包括富鈷和LiF層的形成，減少了剩余的鋰化合物，有效地防止了正極表面的結(jié)構(gòu)降解，從而抑制了循環(huán)過程中的氣體釋放，提高了富鎳層狀正極的循環(huán)性能。通過鈷溶解水溶液的洗滌過程，與富鎳正極外表面殘留的鋰發(fā)生反應(yīng)，形成一層薄而均勻的富鈷層。外延沉積的富鈷層防止了電解質(zhì)與富鎳正極表面的直接接觸，并提供了抗晶格析氧的穩(wěn)定性，從而防止了正極表面的氣體產(chǎn)生和結(jié)構(gòu)降解。

此外，額外的氟涂層通過與正極材料表面殘留的鋰發(fā)生反應(yīng)，促進(jìn)形成穩(wěn)定的鋰離子層。正極表面預(yù)成型的LiF阻礙了鹽的分解，防止其副產(chǎn)物在電解質(zhì)-正極界面觸發(fā)自催化副反應(yīng)，從而抑制循環(huán)過程中的氣體生成。消除殘余鋰、富鈷層保護(hù)和近表面形成LiF層相結(jié)合，可以顯著延長(zhǎng)富鎳正極的循環(huán)壽命，同時(shí)滿足實(shí)際應(yīng)用中下一代電池的能量密度、耐用性和安全性要求。

圖2. 長(zhǎng)循環(huán)性能和循環(huán)過程中的膨脹

Near-surface reconstruction in Ni-rich layered cathodes for high-performance lithium-ion batteries, Nature Energy 2023 DOI: 10.1038/s41560-023-01403-8

2. Energy Storage Materials：高性能超薄鋰金屬負(fù)極的輥對(duì)輥潤(rùn)濕涂層策略

高性能超薄鋰金屬負(fù)極的低成本批量生產(chǎn)是阻礙高能量密度鋰金屬電池商業(yè)化的瓶頸。與復(fù)雜而昂貴的傳統(tǒng)制造技術(shù)（包括濺射、電沉積和壓軋制）相比，在銅片上濕法涂覆熔融鋰是一種非常有前景的策略。遺憾的是，熔融鋰在銅表面的潤(rùn)濕性非常差，難以形成均勻的鋰膜。

在此，中國(guó)科學(xué)院物理研究所李泓，電子科技大學(xué)李晶澤等人提出了一種將熔融鋰液直接濕涂層到加熱銅箔上的簡(jiǎn)便輥對(duì)輥方法，用于制備超薄鋰箔。通過原位合金化，熔融鋰在加熱銅箔上的潤(rùn)濕性得到了極大改善，使熔融鋰在保持與液態(tài)鋰相同溫度的情況下，很容易在加熱銅箔表面均勻鋪展。

熔融鋰在室溫下凝固后，在蝕刻的銅箔基底上獲得了一系列厚度為5-50 μm、寬度為10 cm、長(zhǎng)度為50 cm 的超薄合金復(fù)合膜，命名為L(zhǎng)iCux/Li。超薄富鋰鋰銅層包括金屬鋰相和作為內(nèi)置三維框架的LiCux 固溶相網(wǎng)絡(luò)，從而形成了具有優(yōu)異電化學(xué)性能的超薄鋰復(fù)合負(fù)極。

本研究采用25 μm厚LiCux/Li 電極的對(duì)稱電池在1 mA-cm^-2和1 mAh cm^-2條件下，過電位低至13 mV，循環(huán)壽命長(zhǎng)達(dá)1200 h。相比之下，在相同條件下，在可持續(xù)鋼板上涂覆厚度為25 μm的超薄純鋰金屬電極，在400 小時(shí)后出現(xiàn)了超過30 mV 的較高過電位。58 mAh cm^-2的超薄LiCux/Li 復(fù)合負(fù)極在1 C 下穩(wěn)定循環(huán)480 次，N/P比為3.2。

圖1. 超薄鋰銅薄膜的制作過程示意圖

總之，該工作系統(tǒng)地探討了在輥對(duì)輥濕法涂覆厚度為5-50 μm、寬度為10 cm、長(zhǎng)度至少為50 cm 的超薄鋰負(fù)極板時(shí)，銅箔加熱溫度對(duì)熔融鋰潤(rùn)濕性的影響。加熱的銅箔與熔融鋰之間的原位合金化反應(yīng)改善了熔融鋰的潤(rùn)濕性。

因此，通過將熔融鋰直接熱熔涂覆在加熱的銅箔上，無需任何預(yù)改性，就能大規(guī)模、方便、低成本地制備超薄鋰復(fù)合材料板。超薄鋰層中形成了LiCux 固溶相的三維骨架，可降低局部電流密度并有效抑制鋰枝晶的形成，從而實(shí)現(xiàn)均勻的鋰剝離/沉積行為和優(yōu)異的電化學(xué)性能。

在1 mA-cm^-2 和1 mAh cm^-2 條件下，基于25 μm 厚的LiCux/Li 電極制造的對(duì)稱電池顯示出了超過 1200 小時(shí)的長(zhǎng)而穩(wěn)定的循環(huán)壽命。與 1.58 mAh cm^-2LFP 正極相匹配的N/P 比為3.2 的全電池具有出色的速率能力，在1C 下循環(huán)480 次后仍能保持83.4% 的放電容量。這項(xiàng)工作為連續(xù)生產(chǎn)超薄鋰復(fù)合負(fù)極板提供了一種直接有效的方法，從而可提供具有高電化學(xué)性能的低成本 LMB。

圖2. 超薄Li||LFP和LiCu_x/Li||LFP全電池性能

Endowing Cu Foil Self-Wettable in Molten Lithium: A Roll-to-Roll Wet Coating Strategy to Fabricate High-Performance Ultrathin Lithium Metal Anodes, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103067

3. Energy & Environmental Science：路易斯酸-堿和庫(kù)侖相互作用的協(xié)同效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高性能 Zn-I₂電池

鋅碘電池具有不易燃的水系電解質(zhì)和本質(zhì)安全的鋅，因此被認(rèn)為是前景廣闊的儲(chǔ)能設(shè)備。然而，多碘穿梭效應(yīng)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)遲緩限制了其電化學(xué)性能。

在此，南方科技大學(xué)趙天壽，曾林等人提出了一種多功能宿主材料–碘共價(jià)后官能化沸石咪唑酸框架-90（IL-ZIF-90），它具有高度有序的孔結(jié)構(gòu)，可以捕集碘成分。同時(shí)，IL-ZIF-90 還能通過催化氮成分實(shí)現(xiàn)快速的I₂ 還原反應(yīng)（IRR）。負(fù)載碘離子的IL-ZIF-90 正極（IL-ZIF-90-I-）在 IRR 反應(yīng)中表現(xiàn)出較低的能壘（62.5 kJ moL^-1）和較低的塔菲爾斜率（65.6 mV dec^-1），這表明 IL-ZIF-90-I- 具有超快的 IRR 動(dòng)力學(xué)。電催化活性源于帶正電的氮（N⁺）和含氮孤對(duì)電子（Nle）的協(xié)同效應(yīng)。

因此，IL-ZIF-90-I-//鋅電池顯示出最佳的速率性能，在電流密度為20 A g^-1 時(shí)，比容量為 86.8 mA h g^-1。此外，得益于碘的穩(wěn)固錨定，在最近的 Zn-I₂ 電池中，電池的壽命達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的 65,000 次循環(huán)，容量保持率為 91.7%。

圖1. ZIF-90 和 IL-ZIF-90 的形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征

總之，該工作開發(fā)出了一種高效的催化碘宿主，并將碘共價(jià)后官能化到 IL-ZIF-90 上，作為可充電 Zn-I₂電池的正極。通過這種設(shè)計(jì)，IL-ZIF-90框架的有序多孔結(jié)構(gòu)可以容納大量的碘。值得注意的是，IL-ZIF-90 中的氮成分發(fā)揮了重要作用，其中帶正電荷的氮與帶負(fù)電荷的碘之間的陰離子相互作用有效減少了碘的泄漏，而 Nle 與元素碘之間的路易斯酸堿相互作用增強(qiáng)了氧化還原動(dòng)力學(xué)。得益于碘的快速氧化還原動(dòng)力學(xué)，實(shí)現(xiàn)了卓越的速率能力，在20 A g^-1的條件下，比容量達(dá)到86.8 mA h g^-1。

此外，本文還實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的65,000 次循環(huán)壽命和91.7% 的容量保持率。通過原位紫外可見光和原位外XPS 表征，揭示了基本的碘氧化還原機(jī)制。此外，DFT 計(jì)算證實(shí)了IL-ZIF-90-I^–中 IRR 的高度自發(fā)性和快速反應(yīng)速率。所提出的氮協(xié)同吸附碘的策略有望為各種先進(jìn)的金屬碘電池提供啟示。

圖2. 電池性能

Synergistic Effect of Lewis Acid-Base and Coulombic Interactions for High-performance Zn-I2 Batteries, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee03297c

4. Advanced Energy Materials：吡嗪和吡啶胺單元的共價(jià)有機(jī)骨架（COF）用于水系鈣離子電池負(fù)極

可充電實(shí)現(xiàn)鈣離子電池(CIBs)有望用于可靠的大規(guī)模能源存儲(chǔ)。然而，它們面臨著重大挑戰(zhàn)，主要是由于負(fù)極不理想，導(dǎo)致電壓分布不利、容量有限和耐用性下降，所有這些都阻礙了CIBs的發(fā)展。

在此，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室呂海明、香港城市大學(xué)支春義和中南大學(xué)劉鋒等人引入了一種具有重復(fù)吡嗪和吡啶胺單元的共價(jià)有機(jī)骨架(PTHAT-COF)，用作水系CIBs的負(fù)極材料。這種創(chuàng)新方法產(chǎn)生了非常平坦的超低電位平臺(tái)，范圍從-0.6到-1.05 V(vs. Ag/AgCl)，這歸因于較高的最低未占據(jù)分子軌道能級(jí)。

此外，PTHAT-COF負(fù)極表現(xiàn)出出色的倍率性能(在1 A g^-1下152.3 mAh g^-1)、出色的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性和顯著的容量保持率(10000次循環(huán)，保持率89.9%)。實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算在內(nèi)的機(jī)理研究表明，C=N活性位點(diǎn)在放電/充電過程中通過化學(xué)吸附可逆地捕獲Ca²⁺離子。PTHAT-COF在整個(gè)循環(huán)過程中表現(xiàn)出卓越的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。最后，通過將PTHAT-COF與高壓錳基普魯士藍(lán)正極配對(duì)，實(shí)現(xiàn)了電壓間隔為2.2 V的水系全CIB，表現(xiàn)出非凡的耐用性(10000次循環(huán)，保留率為83.6%)。

圖1. PTHAT-COF作為CIBs負(fù)極在6.67 M CaCl₂水溶液中的存儲(chǔ)機(jī)理

總之，該工作報(bào)道了具有重復(fù)吡嗪和吡啶胺單元的PTHAT-COF作為水系CIBs的負(fù)極，其表現(xiàn)出平坦的超低放電電壓平臺(tái)，范圍為-0.6~-1.05 V(相對(duì)于Ag/AgCl)，這歸因于其高LUMO值。該平臺(tái)對(duì)電池的總?cè)萘坑酗@著貢獻(xiàn)。

此外，PTHAT-COF負(fù)極還表現(xiàn)出卓越的倍率性能、卓越的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性以及超過10000次循環(huán)的令人印象深刻的容量保持率(89.9%)。通過異位XPS、FT-IR測(cè)試和理論計(jì)算進(jìn)行的機(jī)理研究強(qiáng)調(diào)了在充電/放電過程中C=N活性位點(diǎn)與Ca²⁺的可逆結(jié)合。

FT-IR結(jié)果證實(shí)了PTHAT-COF在循環(huán)過程中具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，這歸功于PT和HATCN聚合反應(yīng)產(chǎn)生的堅(jiān)固框架結(jié)構(gòu)。此外，純CaCl₂ EG有機(jī)體系中的原位pH測(cè)試和CV測(cè)試證實(shí)，大部分容量歸因于Ca²⁺，這減輕了質(zhì)子引起的pH波動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的不利影響。最后，將PTHAT-COF負(fù)極與Mn-PBA正極配對(duì)，實(shí)現(xiàn)了電壓區(qū)間為2.2 V的水系電池，全電池表現(xiàn)出高達(dá)10000次循環(huán)的超強(qiáng)耐久性，容量保持率為83.6%。該研究為開發(fā)安全、無毒、低成本、低電壓和高耐久性的CIBs有機(jī)負(fù)極材料(特別是在水溶液中)提供了新的方向。

圖2. 基于PTHAT-COF負(fù)極和Mn-PBA正極的全CIB電池

A Pyrazine-Pyridinamine Covalent Organic Framework as a Low Potential Anode for Highly Durable Aqueous Calcium-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302495

5. Advanced Functional Materials：基于橄欖石釉質(zhì)層的晶格匹配界面實(shí)現(xiàn)高壓LiCoO₂

高電壓引起的LiCoO₂ 表面鈍化雙層（正極/電解質(zhì)界面和陽(yáng)離子致密化表面相）不可避免地會(huì)導(dǎo)致電池退化。

在此，廈門大學(xué)孫世剛，喬羽，Kuai Xiaoxiao，中山大學(xué)孫洋，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所董康等人采用高速機(jī)械熔合的方法在LiCoO₂表面制備了連續(xù)均勻的橄欖石層。釉質(zhì)層通過調(diào)節(jié)電導(dǎo)劑脫氫來抑制界面副反應(yīng)，從而形成超薄且穩(wěn)定的正極/電解質(zhì)界面。LiCoO₂與釉質(zhì)層之間的緊密結(jié)合抑制了晶格氧的損失和相關(guān)的層-尖晶石結(jié)構(gòu)扭曲。

此外，由于層狀到尖晶石轉(zhuǎn)變的起始溫度和O₂析出的起始溫度同時(shí)推遲，LiCoO₂的熱穩(wěn)定性得到了提高。LiCoO₂在4.6 V高壓和55°C高溫下穩(wěn)定運(yùn)行(200次循環(huán)后>容量保持85%)。

圖1.電池性能

總之，該工作提出了一種簡(jiǎn)便、可擴(kuò)展的高速固態(tài)鍍膜方法，可在LCO表面制備連續(xù)均勻的橄欖石LFMP層。從外到內(nèi)，作者利用先進(jìn)表征證明了LFMP層通過抑制EC等碳酸鹽溶劑的氧化脫氫，有利于在LCO上制備薄而穩(wěn)定的CEI。由于有效的保護(hù)CEI, HF誘導(dǎo)的Co溶解/穿梭和電解質(zhì)分解副產(chǎn)物大大減少。從內(nèi)到外，DFT計(jì)算和材料表征(OEMS、hard-XAS)相結(jié)合，驗(yàn)證了LCO和LFMP層之間的強(qiáng)結(jié)合界面在抑制O₂析出和O₂損失中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

因此，LFMP@LCO表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，在4.6 V高電壓和55 °C高溫下循環(huán)200次后容量保持率超過85%。該項(xiàng)工作利用高速機(jī)械融合在LCO上收獲致密均勻的釉質(zhì)層。這種簡(jiǎn)便且可擴(kuò)展的工藝產(chǎn)生具有可控厚度和形態(tài)的完全封裝結(jié)構(gòu)，從而建立了電極涂層的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)不僅可以應(yīng)用于其他高能量密度正極候選材料，而且還可以為開發(fā)各種表面改性（例如碳涂層、空氣敏感電極封裝和固體電解質(zhì)層壓）開辟新途徑。

圖2.作用機(jī)制

Lattice-Matched Interfacial Modulation Based on Olivine Enamel-Like Front-Face Fabrication for High-Voltage LiCoO2, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202310799

6.? Energy & Environmental Science：專為高壓鎂電池設(shè)計(jì)的弱離子配對(duì)電解質(zhì)

高壓可充電鎂電池（RMB）因成本低、鎂含量高而成為鋰離子電池的潛在替代品。然而，后者與許多電解質(zhì)的副反應(yīng)嚴(yán)重阻礙了鎂沉積/剝離的穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)。

在此，加拿大滑鐵盧大學(xué)Linda F. Nazar團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種新的、易于獲得的溶劑設(shè)計(jì)電解質(zhì)，有效地解決了離子對(duì)解離的困難，并以簡(jiǎn)單的Mg(TFSI)₂為鹽促進(jìn)了納米級(jí)鎂的快速成核/生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)便的界面電荷轉(zhuǎn)移過程。在2 mAh cm^-2的實(shí)際容量條件下，無枝晶的鎂沉積/剝離可維持7000多個(gè)小時(shí)（約10個(gè)月）。通過對(duì)工作電壓高達(dá)3.5 V的PANI||Mg全電池進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試，證明了這些電解質(zhì)的高壓穩(wěn)定性。

圖1. 循環(huán)后形貌

總之，該工作為穩(wěn)定的高電壓鎂電池開發(fā)了一類新型共醚磷酸酯電解質(zhì)(CEPE)。這種電解質(zhì)系統(tǒng)依賴于兩種關(guān)鍵成分：磷酸乙酯釋放Mg²⁺/Mg 氧化還原的活性，共醚溶劑改善鎂沉積/剝離的動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)定性。重要的是，該工作證明了調(diào)整溶劑以破壞離子對(duì)形成的有效性，而這在 Mg(CB11H12)₂ 等陰離子鹽中是不明顯的。

因此，在 2 mAh cm^-2的實(shí)際等離子容量條件下，使用MgTFSI₂ 實(shí)現(xiàn)了超過 7000 小時(shí)（約 10 個(gè)月）的無枝晶鎂沉積/剝離。使用優(yōu)化電解質(zhì)組裝的 PANI||Mg 電池在 C/2 下可提供 240 mAh g^-1 的容量，在 2C下可運(yùn)行 400 多個(gè)循環(huán)，達(dá)到 3.5 V 的工作電壓。因此，該工作為低成本、高電壓電解質(zhì)的開發(fā)開辟了新的領(lǐng)域。

圖2.電池性能

A Weakly Ion Pairing Electrolyte Designed for High Voltage Magnesium Batteries, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee02861e

7. Advanced Materials：液態(tài)金屬負(fù)極碳封裝堿離子電池

鎵基金屬液體具有很高的理論容量，被認(rèn)為是室溫液態(tài)金屬堿離子電池的一種有前途的負(fù)極材料。然而，由于液體金屬的體積膨脹和不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面，堿性離子電池液態(tài)金屬負(fù)極的電化學(xué)性能，特別是循環(huán)穩(wěn)定性受到了強(qiáng)烈的限制。

在此，浙江大學(xué)蔣建中，燕山大學(xué)黃建宇等人通過設(shè)計(jì)鎵銦液態(tài)金屬納米粒子（EGaIn@C LMNPs）上的碳封裝解決了上述問題。鋰離子電池具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（1.0 A g^?1下800 次循環(huán)后為644 mAh g^?1），并且具有出色的循環(huán)穩(wěn)定性（1.0 A g^?1下2500次循環(huán)后為87 mAh g^?1，82.3%鈉離子電池通過液態(tài)金屬負(fù)極的碳封裝來實(shí)現(xiàn)容量保持。

通過原位透射電子顯微鏡實(shí)時(shí)測(cè)量不僅揭示了 EGaIn@C LMNP 在電化學(xué)反應(yīng)過程中的形態(tài)和相變化，還揭示了其優(yōu)異性能的根源，即EGaIn@C核殼結(jié)構(gòu)有效地將LMNPs的不均勻體積膨脹從約160%抑制到127%，提高了LMNPs的電導(dǎo)率，并表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)并有自愈現(xiàn)象。

圖1. 結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作開發(fā)了一種新的原位碳封裝策略來封裝液態(tài)金屬納米顆粒作室溫堿離子電池負(fù)極，該納米顆粒表現(xiàn)出優(yōu)異的自修復(fù)效果。GH導(dǎo)電碳?xì)さ脑环庋b提高了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，避免了LMNPS的團(tuán)聚。核-殼結(jié)構(gòu)使EGaln@C-4電極在Li⁺和Na⁺電池中具有低倍率性能和長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性。原位TEM觀察表明，碳?xì)ご龠M(jìn)離子的傳輸和抑制不均勻的體積膨脹，提高了電化學(xué)性能。因此，該項(xiàng)工作提供了一個(gè)通用的策略，以提高性能的室溫堿性離子電池的液態(tài)金屬負(fù)極。

圖2. 電池性能

Alkali-ion Batteries by Carbon Encapsulation of Liquid Metal Anode, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202309732

8. Energy Storage Materials：PEG 末端如何影響鋰金屬電池中聚合物電解質(zhì)的電化學(xué)性能

基于聚環(huán)氧乙烷（PEO）或聚乙二醇（PEG）的鋰電池電解質(zhì)引起了人們的極大興趣，但其室溫離子電導(dǎo)率（σ）低、電化學(xué)穩(wěn)定窗口（ESW）窄和鋰離子遷移數(shù)（LTN）低等問題仍然阻礙著它們的應(yīng)用。

在此，南開大學(xué)陳軍，程方益，張望清等人研究了聚合物端基對(duì)甲氧基聚乙二醇（MPEG）電解質(zhì)的物理和電化學(xué)性質(zhì)的影響。作者合成了具有不同端基的中等分子量 MPEG，包括具有羥基端基（MPEG-OH）、碳酸丙酯端基（MPEG-PC）、-OCH₃ 端基（MPEG-OCH₃）和-OCH₂CF₃ 端基（MPEG-3F）的 MPEG，并制備了一批 LiTFSI/MPEG 復(fù)合電解質(zhì)，用于鋰電池的電化學(xué)對(duì)比研究。

在四種 PEG 基電解質(zhì)中，含有三氟乙氧基端基的 MPEG-3F σ 最高，因?yàn)槠湔扯茸畹?，?duì) LiTFSI 的解離性好；LTN 最高，因?yàn)樗馨睺FSI 陰離子；ESW最寬，因?yàn)樘挤衔锞哂懈哝I能和耐高壓性。由于 MEPG350-3F 電解液具有良好的電化學(xué)性能，Li||LiTFSI/MEPG350-3F||Li電池在循環(huán) 1400 h 后發(fā)現(xiàn)了均勻的鋰沉積表面，最后研究了以 LiNiCoMnO₂（NCM523）為正極的組裝 LiFePO₄||LiTFSI/MPEG350-3F||Li電池和 NCM523||LiTFSI/MPEG350-3F||Li電池。

圖1. 示意圖

總之，該工作研究了四種具有不同端基的 MPEG 基電解質(zhì)的物理和電化學(xué)性能，包括具有羥基端基（MPEG-OH）、碳酸丙酯端基（MPEG-PC）、甲氧基端基（MPEG-OCH3）和三氟乙氧基端基（MPEG-3F）的 MPEG。研究發(fā)現(xiàn)，這些端基對(duì) LiTFSI/MPEG 電解質(zhì)的物理和電化學(xué)特性有很大影響，例如結(jié)晶、粘度、鋰鹽的解離能力、氟的化學(xué)環(huán)境和特殊聚集體的形成、σ、ESW、LTN以及LiTFSI/MPEG 電解質(zhì)與鋰金屬正極的界面電阻。

MPEG-OH 具有活性-OH 端，可與金屬鋰發(fā)生反應(yīng)，但其結(jié)晶度最高，且在 MPEG-OH 中鋰鹽的解離性最差，不適合用作電解質(zhì)。具有碳酸丙酯端基的 MPEG-PC 可大大抑制 MPEG 結(jié)晶，結(jié)晶度最低，但界面電阻相對(duì)較高，LTN 較低，因此不適合用作高性能電解質(zhì)。具有甲氧基端基的 MPEG-OCH3結(jié)晶程度適中，σ 相對(duì)較高，但 LTN 較低。含有三氟乙氧基端基的 MPEG-3F 具有最高的 σ，因?yàn)槠湔扯茸畹?，?duì) LiTFSI 的解離效果好；具有最高的 LTN，因?yàn)槠浒薚FSI 陰離子；具有最寬的ESW，因?yàn)槠涮挤衔锞哂懈哝I能和耐高壓性。組裝后的對(duì)稱鋰電池和采用含氟 MPEG-3F 的磷酸鐵鋰電池延長(zhǎng)了循環(huán)壽命。因此，該項(xiàng)工作證明了附著在 PEG 骨架上的端基如何影響PEO 基電解質(zhì)在鋰金屬電池中的電化學(xué)性能，預(yù)計(jì)將有助于聚合物電解質(zhì)的合成和設(shè)計(jì)。

圖2. 電池性能

How the PEG Terminals Affect the Electrochemical Properties of Polymer Electrolytes in Lithium Metal Batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103066

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