1. Advanced Materials：精確定制鋰離子傳輸通道實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)循環(huán)無(wú)枝晶全固態(tài)鋰金屬電池

全固態(tài)鋰金屬電池可以解決電池循環(huán)壽命和能量密度不足的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。長(zhǎng)循環(huán)無(wú)枝晶全固態(tài)鋰金屬電池需要精確定制固態(tài)電解質(zhì)（SSE）的鋰離子傳輸。

在此，加拿大西安大略大學(xué)孫學(xué)良，Tsun-Kong Sham，James A. Dawson等人報(bào)道了一種精確定制鹵化物L(fēng)i₃InCl₆ SSE的鋰離子傳輸，包括粒內(nèi)（晶粒內(nèi)）和粒間（晶粒間）鋰離子傳輸。具體而言，鋰離子在晶體中的遷移機(jī)制是由增強(qiáng)的Li、In和Cl空位和較低的跳躍能壘決定的。晶粒之間的鋰離子傳輸機(jī)制是由晶粒之間空隙的消除和導(dǎo)電晶界的形成決定的，進(jìn)而提高SSE對(duì)鋰枝晶的抑制能力。

由于增強(qiáng)了鋰離子傳導(dǎo)和枝晶抑制能力，與富鎳LiNi_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂正極和鋰金屬負(fù)極相結(jié)合的全固態(tài)鋰金屬電池在0.5 C的高電流密度下實(shí)現(xiàn)了超長(zhǎng)的循環(huán)壽命（2000次循環(huán)，93.7%的容量保持率）。

圖1. 鋰離子傳輸示意圖

總之，該工作在Li₃InCl₆ SSE中精確定制鋰離子傳輸可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)循環(huán)壽命的無(wú)枝晶全固態(tài)鋰金屬電池。室溫鋰離子電導(dǎo)率從 6.95×10^-4 到 4.4×10^-3 s/cm，提高了約一個(gè)數(shù)量級(jí)。晶體中的遷移機(jī)制是由增強(qiáng)的Li、In和Cl空位和較低的跳躍能壘決定的。晶粒之間的鋰離子傳輸機(jī)制是由晶粒之間空隙的消除和導(dǎo)電晶界的形成決定的，進(jìn)而提高SSE對(duì)鋰枝晶的抑制能力。

由于離子電導(dǎo)率的提高、空隙的消除、晶粒間超離子導(dǎo)電晶界的形成以及對(duì)鋰枝晶抑制能力的提高，該工作展示了一種長(zhǎng)循環(huán)壽命的全固態(tài)金屬鋰電池設(shè)計(jì)，其正極為富鎳LiNi_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂，負(fù)極為金屬鋰。該電池在0.1 C 條件下循環(huán) 300 次容量保持率為 82.2%，0.5 C 條件下循環(huán) 2000 次后容量保持率為 93.7%）。因此，該工作成為全固態(tài)鋰金屬電池領(lǐng)域的一個(gè)重要突破，為未來(lái)電動(dòng)汽車的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

圖2. 電池性能

Precise Tailoring of Lithium-Ion Transport for Ultra-long-cycling Dendrite-free All-Solid-State Lithium Metal Batteries，Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202302647

2. Energy & Environmental Science：有機(jī)吩嗪負(fù)極的定制羥基實(shí)現(xiàn)高性能和穩(wěn)定的堿性電池

堿性水系電池由于其高電壓、低成本和高安全性而引起了廣泛的研究興趣。然而，金屬負(fù)極在堿性電解液中通常穩(wěn)定性較差，副反應(yīng)嚴(yán)重。有機(jī)物是解決這些問(wèn)題的潛在替代品，但它們直接作為負(fù)極仍存在些許問(wèn)題。

在此，香港城市大學(xué)支春義團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一組有機(jī)吩嗪衍生物，包括吩嗪(PZ)、2-羥基吩嗪(PZ-OH)和1,2-二羥基吩嗪(PZ-2OH)作為堿性電池的負(fù)極材料。結(jié)果表明，引入羥基可使氧化還原電位降低0.4 V，分子內(nèi)氫鍵形成的快速離子傳輸通道可顯著改善氧化還原動(dòng)力學(xué)。

優(yōu)化的PZ-2OH||Ni(OH)₂電池提供208 mAh g^-1的高容量、247 Wh kg^-1的高能量密度、高達(dá)9000次的超穩(wěn)定循環(huán)能力和低容量衰減率(每個(gè)循環(huán)約0.075 ‰)。同時(shí)，該工作還展示了堿性PZ-2OH||空氣電池，進(jìn)一步證明了PZ-2OH在堿性條件下的適用性。

圖1. PZ、PZ-OH、PZ-2OH分子的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)差異

總之，該工作合成了3種羥基數(shù)目不同的PZ、PZ-OH和PZ-2OH作為ANAB的負(fù)極材料，研究了羥基對(duì)電化學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)-電化學(xué)活性具有很強(qiáng)的相關(guān)性。羥基作為電子給體基團(tuán)引入吩嗪后，放電電位從-0.78 V (PZ)顯著降低至-1.07 V (PZ-2OH)。

同時(shí)，帶有羥基的吩嗪衍生物通過(guò)羥基官能團(tuán)的分子間相互作用提供了快速電荷傳輸通道，降低了電荷傳遞阻抗，具有比吩嗪更優(yōu)越的倍率性能。結(jié)果表明，PZ-2OH||Ni(OH)₂電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，包括在0.2 A g^-1時(shí)的高度可逆容量為178 mAh g^-1，在10 A g^-1時(shí)的高功率密度為26.2 KW kg^-1，以及超過(guò)9000次循環(huán)的穩(wěn)定可循環(huán)性。

此外，PZ-2OH||空氣全電池的成功制備進(jìn)一步證明了PZ-2OH材料在堿性電池中的普遍適用性。因此，該研究為設(shè)計(jì)吩嗪衍生物負(fù)極材料提供了豐富的機(jī)會(huì)，從而促進(jìn)了高性能ANAB的探索。

圖2. 電池性能

Tailoring hydroxyl groups of organic phenazine anode for high-performance and stable alkaline batteries，Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee01212c

3. Advanced Materials：三元（P，Se，S）共價(jià)無(wú)機(jī)框架作為鋰硫電池正極

開發(fā)新型正極材料，從源頭上避免Li-S 電池的穿梭效應(yīng)，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要，但這仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

在此，同濟(jì)大學(xué)楊金虎，張馳等人通過(guò)簡(jiǎn)單地共熔化 P、S 和 Se 粉末，探索出了一種新型含硫三元共價(jià)無(wú)機(jī)框架 (CIF)–P₄Se₆S₄₀。具有開放式框架的 P₄Se₆S₄₀ CIF 能夠在電化學(xué)反應(yīng)中提供所有活性位點(diǎn)，從而提供高容量。Se 原子的引入可以提高 S 鏈的固有電子導(dǎo)電性且不會(huì)降低容量。更重要的是，S-Se 鏈中的 Se 原子可以作為雜原子的 “屏障”，阻斷周圍 S 原子的鍵合，從而有效避免在循環(huán)過(guò)程中形成長(zhǎng)鏈多硫化物。

此外，鋰化后形成的穩(wěn)定四面體構(gòu)型 Li₃PS₄ 不僅是促進(jìn)鋰離子擴(kuò)散的良好離子導(dǎo)體，還進(jìn)一步抑制了穿梭效應(yīng)。因此，P4Se₆S₄₀ 正極即使在 10.5 mg cm^-2 的高負(fù)載條件下也能提供高容量和出色的容量保持率。

圖1. DFT計(jì)算

總之，該工作通過(guò)簡(jiǎn)單的方法合成了一類新型三元無(wú)機(jī)共價(jià)框架材料（P₄Se₆S₄₀）。P₄Se₆S₄₀ CIF 具有獨(dú)特的開放式四面體三維框架，可用于鋰離子的嵌入，而且短鏈S單元可從根本上避免產(chǎn)生LiPS和穿梭效應(yīng)，因此有望成為高性能Li-S 電池的正極。

此外，鋰化后會(huì)形成具有四面體構(gòu)型的穩(wěn)定 Li₃PS₄ 產(chǎn)物，它不僅是良好的離子導(dǎo)體，還能作為空間屏障進(jìn)而抑制多硫化物的溶解和擴(kuò)散，進(jìn)一步抑制穿梭效應(yīng)。因此，該項(xiàng)工作為下一代Li-S 電池提供了一類新型的三元 CIF 材料，作為無(wú)穿梭效應(yīng)的正極，它具有長(zhǎng)循環(huán)壽命和高能量，可應(yīng)用于實(shí)際能源領(lǐng)域。

圖2. 電池性能

A Ternary (P, Se, S) Covalent Inorganic Framework as A Shuttle Effect-Free Cathode for Li-S Batteries，Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202308587

4. Advanced Energy Materials：高濃度聚合物電解質(zhì)構(gòu)建高可逆硅負(fù)極二維固體電解質(zhì)界面

硅負(fù)極具有4200 mAh g^?1的高容量和0.3 V（相對(duì)于Li⁺/Li）的低電勢(shì)，使鋰離子電池能夠提高能量密度。然而，在液體電解質(zhì)中的Si顆粒上形成的厚3D固體電解質(zhì)界面（SEI）消耗了電解質(zhì)/活性Si，并阻斷了Li⁺/e^?的傳輸，導(dǎo)致容量快速衰減。

在此，中國(guó)科學(xué)院大連化物所李先鋒，張洪章，楊小峰等人設(shè)計(jì)了一種高濃度聚合物電解質(zhì)（HCPE）來(lái)代替顆粒在Si負(fù)極表面構(gòu)建2D SEI，它適應(yīng)了體積變化并保持了連續(xù)的Li⁺/e^?傳輸路徑。NO₃^?的阻滯作用降低了1,3-二氧戊環(huán)（DOL）的聚合速率，使LiFSI能夠溶解6 M。高濃度的LiFSI參與了溶劑化結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，減少了DOL和聚DOL（PDOL）的分解，并誘導(dǎo)產(chǎn)生具有高機(jī)械強(qiáng)度和快速Li⁺傳輸能力的富含LiF和Li₃N的SEI。

因此，使用HCPE的電池在2C下提供1765 mAh g^?1的高容量，并在0.2C下循環(huán)100次后保持2000 mAh g^–1的高電容，這優(yōu)于液體電解質(zhì)（617 mAh g^?1）和低濃度聚合物電解質(zhì)（45 mAh g^‐1）。

圖1. DM模擬

總之，該工作通過(guò)使用 LiNO₃ 添加劑延遲 DOL 的開環(huán)聚合，開發(fā)了 HCPE。NO與微量水產(chǎn)生的H⁺表現(xiàn)出強(qiáng)烈的相互作用，抑制了質(zhì)子酸的生成和DOL的開環(huán)聚合，導(dǎo)致LiFSI濃度增加至6 M。

此外，由于HCPE的低流動(dòng)性，在Si負(fù)極表面生成2D SEI而不是Si顆粒。減輕了電解質(zhì)與Si顆粒之間的副反應(yīng)，并維持了Si負(fù)極中連續(xù)的Li⁺/e^–傳輸，使組裝的電池具有改善的電化學(xué)性能。

用HCPE組裝的電池0.2C下100次循環(huán)后仍具有2000 mAh g^-1的高容量，遠(yuǎn)高于液體電解質(zhì)（617 mAh g^?1）和低濃度聚合物電解質(zhì)（45 mAh g^‐1）。因此，該種簡(jiǎn)便實(shí)用的策略為硅負(fù)極在先進(jìn)鋰電池中的應(yīng)用提供了新的視角。

圖2. 電池性能

2D Solid-Electrolyte Interphase Built by High-Concentration Polymer Electrolyte for Highly Reversible Silicon Anodes，Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202303189

5. Advanced Functional Materials：分層Zn/N摻雜碳中空納米纖維的用于無(wú)枝晶鋅負(fù)極

可充電水系鋅電池因其固有的安全性和低成本而被認(rèn)為是有前途的下一代儲(chǔ)能設(shè)備。然而，由于鋅枝晶不可控的生長(zhǎng)以及不可避免的副反應(yīng)阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。

在此，北京化工大學(xué)于樂(lè)，李念武，內(nèi)蒙古大學(xué)郭艷等人報(bào)告了基于 Zn/N 摻雜碳中空納米纖維的形成過(guò)程，該結(jié)構(gòu)由相互連接的 Zn/N 摻雜碳納米籠（稱為 LRZCF@ZCC）組合而成。其中相互連接的多孔結(jié)構(gòu)減輕了內(nèi)應(yīng)力，確保了結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性。此外，LRZCF@ZCC 通道內(nèi)部的凹面有利于 Zn²⁺ 成核，從幾何角度引導(dǎo) Zn 沉積。

同時(shí)，分布均勻的金屬鋅和N摻雜的碳物種可作為親鋅位點(diǎn)，降低成核過(guò)電位。LRZCF@ZCC 在電池循環(huán)過(guò)程中表現(xiàn)出較低的極化和較小的電壓滯后，使用這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的對(duì)稱電池和全電池都顯示出穩(wěn)定的循環(huán)性能。

圖1. 對(duì)電池性能

總之，該工作報(bào)告了一種新型三維大孔纖維網(wǎng)作為 ZMAs 的改性材料。碳籠裝飾的氮摻雜無(wú)定形鋅碳多孔纖維可作為親鋅框架，對(duì)水分離具有微弱的電催化活性。LRZCF@ZCC 保證了在 3 mA cm^-2 的電流密度下穩(wěn)定的鍍鋅/剝離，且穩(wěn)定循環(huán)超過(guò) 1200 h。

此外，LRZCF@ZCC-Zn||NVO 全電池在 10 A g^-1 條件下可穩(wěn)定循環(huán)5000 次以上，顯示出較長(zhǎng)的使用壽命。因此，該項(xiàng)研究為今后設(shè)計(jì)穩(wěn)定的 ZMAs提供了思路。

圖2. 全電池性能

Formation of Hierarchical Zn/N-doped Carbon Hollow Nanofibers towards Dendrite-Free Zn Metal Anodes，Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202311038

6. ACS Nano：磷酸鹽電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)高壓鋰金屬電池

開發(fā)具有卓越穩(wěn)定性和內(nèi)在安全性的先進(jìn)高壓鋰金屬電池（LMB）對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。然而，傳統(tǒng)碳酸鹽溶劑的易燃性以及商用電解質(zhì)對(duì)高活性鋰負(fù)極和高壓正極的兼容性較差，嚴(yán)重阻礙了其實(shí)用化進(jìn)程。

在此，武漢科技大學(xué)鄭洋，霍開富等人設(shè)計(jì)了一種不易燃且成本低廉的磷酸鹽電解液，通過(guò)雙向調(diào)節(jié)相間關(guān)系實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高壓LMB。得益于 1.5 M LiTFSI/磷酸三乙酯電解液中 LiNO₃ 和 DME 雙添加劑的協(xié)同調(diào)控，在鋰負(fù)極和富鎳正極表面同時(shí)構(gòu)建了薄且致密、堅(jiān)固的電極/電解質(zhì)界面相，顯著提高了電極和電解液之間的穩(wěn)定性和兼容性。因此，鋰金屬電池庫(kù)侖效率在 400 次循環(huán)后保持仍98.6%，鋰對(duì)稱電池穩(wěn)定循環(huán)超過(guò) 4,000 小時(shí)。

此外，在 4.6 V 的高截止電壓下，由薄鋰負(fù)極和高負(fù)載正極組裝而成的 Li∥LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂ 電池在 1C 下循環(huán) 500 次后仍能保持 98.4% 的容量。

圖1. 電化學(xué)性能

總之，該工作通過(guò)雙向調(diào)節(jié)策略，為本質(zhì)安全型高壓 LMB 合理設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單、低成本、不易燃且具有良好理化特性的磷酸鹽電解質(zhì)。研究表明，LiNO₃ 和 DME 雙添加劑進(jìn)入溶劑化殼層內(nèi)部，協(xié)同調(diào)控溶劑化結(jié)構(gòu)，優(yōu)先分解并誘導(dǎo)在 Li 負(fù)極和 NCM 正極表面形成致密、堅(jiān)固和高導(dǎo)電性的電極/電解質(zhì)界面層，進(jìn)而提高了 Li 沉積/剝離過(guò)程的動(dòng)力學(xué)性能，并抑制了 NCM 正極的結(jié)構(gòu)降解。此外，原位生成的富無(wú)機(jī)界面層還能有效抑制電極與 TEP 溶劑之間的副反應(yīng)。

因此，本文采用 TDNE 電解質(zhì)的鋰對(duì)稱電池在 0.5 mA cm^-2 和 0.5 mAh cm^-2 的條件下實(shí)現(xiàn)了 167 天的長(zhǎng)循環(huán)。Li∥NCM622 全電池在循環(huán) 500 次后保持了 98.41% 的高容量，CE 高達(dá) 99.7%。因此，該項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)先進(jìn)的電解質(zhì)以實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全和高能量 LMB 提供了一種有效的策略。

圖2. 電池性能

Bidirectional Interphase Modulation of Phosphate Electrolyte Enables Intrinsic Safety and Superior Stability for High-Voltage Lithium–Metal Batteries， ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c09643

7. Advanced Functional Materials：陽(yáng)離子持久補(bǔ)充激活陰離子釋放實(shí)現(xiàn)高性能雙離子全電池

雙離子電池作為鋰離子電池最有前途的替代品之一，它在副反應(yīng)方面面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，尤其是在負(fù)極。迄今為止，大多數(shù)報(bào)告都側(cè)重于減少這些副反應(yīng)。

在此，南洋理工大學(xué)潘軍，山東大學(xué)楊劍等人以鎂為例，提出了一種實(shí)現(xiàn)雙離子電池穩(wěn)定循環(huán)的新方法。在放電過(guò)程中，鎂可被氧化成Mg²⁺，從而補(bǔ)充因副反應(yīng)而損失的陽(yáng)離子。同時(shí)，陰離子從石墨中釋放出來(lái)，以維持電解質(zhì)中的電荷平衡。此外，在循環(huán)過(guò)程中形成的Li₃Mg₇可促進(jìn)鋰的電鍍/剝離。

因此，鎂||石墨即使在沒(méi)有預(yù)層析的情況下也能表現(xiàn)出很高的庫(kù)侖效率（≈96.5%）和穩(wěn)定的循環(huán)性能（在 2 C 下循環(huán) 1700 次后≈94.6%），遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于銅||石墨和石墨||石墨。

圖1. MD模擬

總之，鎂箔的開發(fā)是為了通過(guò)鎂的電化學(xué)氧化減輕 Li⁺ 損失造成的陽(yáng)離子衰竭。新形成的 Mg²⁺ 能顯著提高 DIB 中石墨釋放陰離子的能力，從而提高可逆容量、循環(huán)穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。同時(shí)，鎂會(huì)在循環(huán)過(guò)程中逐漸轉(zhuǎn)化為 Li₃Mg₇，從而促進(jìn)鋰的剝離并提高能量密度。

結(jié)果顯示，Mg||G 在 2 C 下循環(huán) 1700 次后，容量保持率達(dá)到 94.6%，遠(yuǎn)高于無(wú)負(fù)極鋰金屬電池、鎂金屬電池和雙離子全電池。Mg||G 軟包電池可為一個(gè)小型電風(fēng)扇和 120 多個(gè)藍(lán)色 LED 供電，這表明 Mg||G 電池在未來(lái)具有廣闊的發(fā)展前景。更重要的是，這種基于”消耗和補(bǔ)充”的概念已成功應(yīng)用于 K、Na 和 Ca。

圖2. 電池性能

Durable Cation Replenishing to Activate Anion Releasing for Enhanced Electrochemical Performance of Dual-Ion Full Batteries，Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202310449

8. Energy & Environmental Science：富空位Al摻雜MnO2正極平衡高性能水系鋅離子電池動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)定性

可充電水系鋅離子電池（RAZIBs）由于其環(huán)境友好、安全性高、成本低，具有大規(guī)模儲(chǔ)能的潛力。充電/放電動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)定性之間的平衡一直是大多數(shù)正極材料的瓶頸，這阻礙了RAZIB的倍率性能和循環(huán)壽命。

在此，北京化工大學(xué)孫曉明，新加坡南洋理工大學(xué)范紅金等人通過(guò)設(shè)計(jì)富空位和Al摻雜的MnO₂納米片（Alx-MnO₂）電極打破了充電/放電動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)定性之間的平衡，該電極是通過(guò)電化學(xué)氧化錳基層狀雙氫氧化物（MnAl-LDHs）合成的。電化學(xué)氧化過(guò)程中形成的豐富的Al陽(yáng)離子空位為Zn離子的儲(chǔ)存提供了三維擴(kuò)散通道，剩余的Al原子通過(guò)抑制電池循環(huán)過(guò)程中Mn（III）O6多面體的Jahn–Teller畸變而有利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

結(jié)果顯示，通過(guò)使用優(yōu)化的正極（Al0.1-MnO₂），RAZIB的倍率能力和穩(wěn)定性自發(fā)增強(qiáng)。具體而言，該電池表現(xiàn)出大的比容量（0.2 A g^?1時(shí)為327.9 mAh g^?1）、優(yōu)異的倍率性能（8 A g^?2時(shí)為135.8 mAh g^–1）和高容量保持率（在1 A g^?1下1000次循環(huán)后為87%），超過(guò)了大多數(shù)報(bào)道的錳基和釩基正極材料。

圖1. 電池性能

總之，該工作提出了一種富空位Al摻雜層狀MnO₂(Al_0.1-MnO₂)電極作為鋅離子電池的高性能正極，同時(shí)具有高倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。結(jié)果顯示，Al_0.1-MnO₂電極在0.2 A g^-1時(shí)表現(xiàn)出327.9mAhg^-1的高比容量和出色的循環(huán)穩(wěn)定性，該電極在1 A g^-1時(shí)1000次循環(huán)后的容量保持率為87%。

此外，它表現(xiàn)出優(yōu)越的倍率性能，（8 A g^?2時(shí)為135.8 mAh g^–1）和高容量保持率（在1 A g^?1下1000次循環(huán)后為87%）。研究表明，優(yōu)異的電化學(xué)性能歸因于MnO₂層基面上的Al³⁺陽(yáng)離子空位，使Zn²⁺離子能夠三維擴(kuò)散，從而改善了離子輸運(yùn)動(dòng)力學(xué)。

電化學(xué)氧化過(guò)程中形成的氧空位不僅可以提高 Zn²⁺的電子電導(dǎo)率，而且還為鋅離子的儲(chǔ)存提供了更多的活性位點(diǎn)。因此，該研究為正極材料的設(shè)計(jì)提供了一條新的途徑。

圖2. 機(jī)理研究

Vacancy-rich Al-doped MnO2 cathode breaks the trade-off between kinetics and stability for high-performance aqueous Zn-ion battery，Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee01659e