1. 崔屹/李煜章Nature子刊: 實(shí)用的車載電池快充下鋰沉積的早期檢測(cè)策略

快速充電被認(rèn)為是鋰離子電池最需要的功能之一，可加速電動(dòng)汽車的主流應(yīng)用。然而，目前的電池充電策略主要由保守的倍率步驟組成，以避免潛在危險(xiǎn)的鋰電鍍及其相關(guān)的寄生反應(yīng)。因此，亟需一種高度靈敏的車載檢測(cè)方法可在不達(dá)到鋰沉積狀態(tài)的情況下實(shí)現(xiàn)電池快速充電。

在此，美國(guó)斯坦福大學(xué)崔屹教授、李煜章等人展示了一種新穎的技術(shù)，即壓差傳感（DPS）方法來(lái)精確檢測(cè)鋰沉積。通過(guò)測(cè)量每單位電荷的電池壓力（dP/dQ）的實(shí)時(shí)變化，并將其與鋰離子嵌入負(fù)極過(guò)程中dP/dQ的最大值定義的閾值進(jìn)行比較，可高精度捕捉劇烈充電條件下鋰鍍層過(guò)度生長(zhǎng)前的情況。具體而言，鋰金屬優(yōu)先沉積在負(fù)極的頂面上，而不是利用石墨晶格內(nèi)的晶面間距。因此，對(duì)于相同數(shù)量的Li⁺，Li沉積會(huì)導(dǎo)致比插層表現(xiàn)出更顯著的厚度/壓力增加。由于厚度的變化導(dǎo)致壓力的變化，因此Li沉積導(dǎo)致dP/dQ變化比插層高得多。作者基于插層過(guò)程中dP/dQ的最大值建立了一個(gè)閾值來(lái)識(shí)別Li沉積：dP/dQ在插層過(guò)程中將保持在閾值以下，但在發(fā)生Li沉積時(shí)會(huì)超過(guò)閾值。

圖1. DPS顯示快速充電過(guò)程中的Li沉積

與實(shí)驗(yàn)室研究中用于檢測(cè)Li沉積的傳統(tǒng)大型專用設(shè)備不同，這里展示的壓力傳感器在與電池管理系統(tǒng)（BMS）集成以用于車載應(yīng)用方面顯示出良好的潛力。由于電池包結(jié)構(gòu)可分為不同模塊，因此可將傳感器均勻定位在不同的地方，并通過(guò)BMS進(jìn)行平衡。與單體電芯相比，電池模組在快充過(guò)程中對(duì)壓力變化的響應(yīng)更加明顯，在實(shí)際應(yīng)用中可進(jìn)一步提高DPS的靈敏度。此外，概念驗(yàn)證表明，通過(guò)將該壓差傳感集成到BMS中可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)自調(diào)節(jié)充電策略，從而有效地消除低溫（0 ℃）引發(fā)的Li沉積，而傳統(tǒng)的靜態(tài)充電策略在相同條件下會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的Li沉積。總之，作者建議DPS方法可作為一種早期無(wú)損診斷方法來(lái)指導(dǎo)電池快速充電技術(shù)的發(fā)展。

圖2. 使用dP/dQ檢測(cè)Li沉積實(shí)現(xiàn)自調(diào)節(jié)充電

Onboard early detection and mitigation of lithium plating in fast-charging batteries, Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-33486-4

2. 孫學(xué)良/王春生AM: 基于無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)軟包電池的進(jìn)展與展望

目前，全固態(tài)電池（ASSB）因其前所未有的安全性和高能量密度而引起了廣泛興趣，且在實(shí)現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)（SSE）的高室溫離子電導(dǎo)率和良好空氣穩(wěn)定性、緩解電極-電解質(zhì)界面挑戰(zhàn)及開(kāi)發(fā)可行制造工藝方面取得了重大進(jìn)展。隨著基礎(chǔ)研究的進(jìn)步，基于無(wú)機(jī)SSEs的全固態(tài)軟包電池已顯示出巨大的產(chǎn)業(yè)化潛力。

在此，加拿大西安大略大學(xué)孫學(xué)良教授、美國(guó)馬里蘭大學(xué)王春生教授等人全面總結(jié)了基于無(wú)機(jī)SSE的全固態(tài)軟包電池的最新進(jìn)展，并強(qiáng)調(diào)了制造其基本組件（如超薄SSE膜、片狀厚固態(tài)電極和雙極堆疊等）的各種挑戰(zhàn)。

首先，作者討論并比較分析了最先進(jìn)的制造方法。接下來(lái)，為了促進(jìn)ASSB的商業(yè)化并將基礎(chǔ)研究與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，作者對(duì)直接影響所有固態(tài)軟包電池能量密度的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值研究，包括SSE厚度、活性材料含量和利用率、質(zhì)量負(fù)載、固態(tài)電極的面積容量、N/P比和鋰金屬厚度等。此外，作者還提供了來(lái)實(shí)現(xiàn)能量密度目標(biāo)的一組指標(biāo)。最后，作者強(qiáng)調(diào)了實(shí)現(xiàn)全固態(tài)軟包電池的有前途方向和可行策略。通過(guò)這篇綜述，作者希望促進(jìn)具有高能量密度和出色安全性的無(wú)機(jī)全固態(tài)軟包電池的開(kāi)發(fā)。

圖1. 制造薄無(wú)機(jī)SSE膜的各種策略

作者提出了未來(lái)應(yīng)致力于的幾個(gè)有前景方向：

（1）開(kāi)發(fā)薄而堅(jiān)固的SSE膜。鋰離子導(dǎo)電聚合物可作為粘結(jié)劑用于SSE膜制備；應(yīng)嘗試直接合成空氣穩(wěn)定的SSEs或設(shè)計(jì)表面保護(hù)層來(lái)開(kāi)發(fā)空氣穩(wěn)定的SSEs膜；建議探索新的基于陰離子框架的超離子導(dǎo)體。

（2）制備高面容量厚固態(tài)電極。作為指導(dǎo)方針，應(yīng)開(kāi)發(fā)面容量為4~8 mAh cm^-2且活性材料利用率高的厚固態(tài)電極。對(duì)依賴于擴(kuò)散的固態(tài)電極，應(yīng)開(kāi)發(fā)室溫下具有高離子擴(kuò)散率的快充電極材料。此外，應(yīng)研究循環(huán)過(guò)程中活性材料體積變化對(duì)ASSBs性能的影響并確定最佳外部壓力。

（3）采用雙極堆疊。為實(shí)現(xiàn)多層全固態(tài)軟包電池，雙極板應(yīng)對(duì)正負(fù)極都表現(xiàn)出優(yōu)異穩(wěn)定性。此外，金屬雙極板應(yīng)耐受各種SSE。最后，應(yīng)開(kāi)發(fā)適合雙極堆疊ASSB的熱管理系統(tǒng)。

（4）優(yōu)化ASSB運(yùn)行壓力和寬溫度窗口。應(yīng)檢查ASSB的低溫性能，未來(lái)還應(yīng)確定制備和運(yùn)行全固態(tài)軟包電池的最佳可行壓力。

圖2. 實(shí)現(xiàn)全固態(tài)軟包電池的有前途方向和可行策略

Progress and Prospects of Inorganic Solid-State Electrolyte-Based All-Solid-State Pouch Cells, Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202209074

3. 陳亞楠/胡文彬/許運(yùn)華AM: 幾秒內(nèi)超快速非平衡合成高性能鋰電正極材料

正極材料的合成是決定鋰離子電池的生產(chǎn)效率、成本和性能的重要因素。然而，傳統(tǒng)的合成方法往往加熱速度慢、反應(yīng)過(guò)程多步復(fù)雜、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢、能量高且耗時(shí)長(zhǎng)。

為此，天津大學(xué)陳亞楠研究員、胡文彬教授及許運(yùn)華教授等人報(bào)道了一種通過(guò)非平衡反應(yīng)合成正極材料的超快高溫沖擊（HTS）策略，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高加熱速率（~10⁴ °C/min）、高煅燒溫度、高冷卻速率（~10³-10⁴ °C/min）及快速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。其中，典型正極材料LiMn₂O₄的合成過(guò)程如下：首先通過(guò)典型的燃燒法制備前體，并應(yīng)用預(yù)煅燒工藝在~660 °C下持續(xù)~9秒去除前體中的有機(jī)成分。然后，將所得產(chǎn)物在~970 °C下煅燒~8秒以生產(chǎn)LiMn₂O₄。與傳統(tǒng)合成方法相比，高溫超導(dǎo)的非平衡特性可在幾秒鐘內(nèi)一步反應(yīng)合成正極材料，降低了能耗且節(jié)省時(shí)間。

此外，非平衡過(guò)程往往會(huì)引入氧空位并形成小晶粒，這有利于提高電化學(xué)性能。最后，作者利用該方法合成了典型的正極材料，包括LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiFePO₄和富鋰層狀氧化物/NiO異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，并展示了優(yōu)異的電化學(xué)性能。

圖1. HTS和傳統(tǒng)工藝中LiMn₂O₄形成過(guò)程的第一性原理計(jì)算

在未來(lái)的工作中，利用HTS技術(shù)合成正極材料還有其他幾種潛在的應(yīng)用：

（1）首先，傳統(tǒng)方法往往需要額外補(bǔ)充鋰以補(bǔ)償鋰的損失，這可能導(dǎo)致難以準(zhǔn)確控制正極材料的化學(xué)成分。然而，由于HTS過(guò)程中合成時(shí)間極短，可便于精確控制正極材料的成分；

（2）其次，缺陷工程是提高正極材料電化學(xué)性能的有效策略。HTS的非平衡特性可合成具有點(diǎn)缺陷（氧空位）、異質(zhì)結(jié)構(gòu)和位錯(cuò)的正極材料，有利于提高電化學(xué)性能；

（3）第三，HTS快速合成一系列正極材料的能力，可使研究人員基于人工智能技術(shù)快速篩選和鑒定一些新型正極材料。重要的是，這項(xiàng)研究提出的HTS策略不僅為合成高性能正極材料開(kāi)辟了一條有效途徑，而且還可擴(kuò)展到鋰離子電池之外。

圖2. 富鋰層狀氧化物/NiO異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的合成、表征和電化學(xué)性能

Ultra-fast non-equilibrium synthesis of cathode materials for Li-ion batteries, Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202208974

4. 黃云輝/李真AEM: BMIm⁺誘導(dǎo)（002）平面擇優(yōu)生長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)循環(huán)水系鋅電

鋅枝晶的失控生長(zhǎng)是導(dǎo)致水系鋅離子電池（AZIBs）短路失效的主要原因，使用電解液添加劑來(lái)控制晶體生長(zhǎng)是緩解枝晶問(wèn)題最方便的策略之一。然而，由于沉積層的結(jié)構(gòu)重建，大多數(shù)添加劑在循環(huán)過(guò)程中會(huì)不穩(wěn)定。

在此，華中科技大學(xué)黃云輝教授、李真教授等人引入了一種咪唑陽(yáng)離子，即1-丁基-3-甲基咪唑陽(yáng)離子（BMIm⁺離子）作為電解液添加劑，以誘導(dǎo)（002）面的優(yōu)先生長(zhǎng)并抑制鋅枝晶的形成。具體而言，作者通過(guò)添加BMImOTf離子液體將BMIm⁺離子引入到2 M ZnSO₄電解液中。BMIm⁺離子中有一個(gè)咪唑環(huán)，可以吸附在某些金屬的表面。在沒(méi)有添加劑（命名為Blank）的情況下，Zn²⁺會(huì)優(yōu)先沉積在一些由（100）和（101）平面組成的尖端上，并且在循環(huán)過(guò)程中很容易形成Zn枝晶。而當(dāng)BMIm⁺離子濃度為0.02 M時(shí)（命名為0.02 M BMIm⁺），大部分BMIm⁺離子將優(yōu)先吸附在Zn負(fù)極的（100）和（101）平面上，迫使Zn²⁺的沉積主要被誘導(dǎo)到（002）面，最終形成扁平致密的沉積層。

圖1. BMIm⁺離子誘導(dǎo)的（002）平面優(yōu)先生長(zhǎng)示意圖

因此，在BMIm⁺離子的調(diào)控下，即使在10 mA cm^-2的高電流密度和10 mAh cm^-2的大面積容量下，Zn||Zn對(duì)稱電池仍能穩(wěn)定循環(huán)1000小時(shí)，比在Blank中循環(huán)長(zhǎng)約15倍，這證實(shí)BMIm⁺離子在較高放電/充電電流密度和大面積容量下在操控晶體取向方面具有出色的穩(wěn)定性。同時(shí)，0.02 M BMIm⁺中循環(huán)的Zn||Cu電池顯示出超過(guò)4500次循環(huán)的優(yōu)異穩(wěn)定性且平均CE達(dá)到99.8%。更令人鼓舞的是，NH₄V₄O₁₀||Zn軟包電池可在0.4 A g^-1下240次循環(huán)后保持12.4 mAh的可逆容量，而在Blank中運(yùn)行的軟包電池在63次循環(huán)后出現(xiàn)短路。事實(shí)證明，引入BMIm⁺ 離子是一種有效抑制鋅枝晶生長(zhǎng)的簡(jiǎn)便方法，該添加劑表現(xiàn)出超穩(wěn)定的效果，可促進(jìn)AZIBs的實(shí)際商業(yè)應(yīng)用。

圖2. NH₄V₄O₁₀||Zn軟包電池在不同電解液中的性能

Inducing the Preferential Growth of Zn (002) Plane for Long Cycle Aqueous Zn-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202203254

5. 謝科予/沈超AEM綜述: 富鎳層狀氧化物的空氣不穩(wěn)定性研究進(jìn)展

得益于優(yōu)異的鋰離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)和可觀的放電比容量，富鎳層狀氧化物已成為高能量密度鋰離子電池的首選正極活性材料（CAM）。然而，由于鎳離子獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)（Ni²⁺/³⁺/⁴⁺）和嚴(yán)苛的燒結(jié)條件標(biāo)準(zhǔn)，富鎳CAM在與環(huán)境空氣接觸時(shí)會(huì)發(fā)生固有的劣化。

在此，西北工業(yè)大學(xué)謝科予教授、沈超副研究員等人全面而重要地概述了富鎳 CAM的空氣不穩(wěn)定性，包括表征、存儲(chǔ)演化行為和影響機(jī)制、改性和處理方法等。首先，作者總結(jié)了活性材料存儲(chǔ)的模擬和表征技術(shù)，高精度和原位表征方法對(duì)于研究高活性電極材料的存儲(chǔ)穩(wěn)定性至關(guān)重要。然后，全面分析了加工過(guò)程（從粉末制備到應(yīng)用）中影響富鎳CAM空氣穩(wěn)定性的因素。富鎳CAM的表面演化機(jī)制歸納為四點(diǎn)：1）Li⁺/H⁺陽(yáng)離子交換，2）雜質(zhì)和吸附物質(zhì)，3）活性氧釋放，及4）表面附近的結(jié)構(gòu)降解。最后，作者總結(jié)了空氣不穩(wěn)定性對(duì)富鎳CAM的可加工性、電化學(xué)性能和安全性的影響。針對(duì)富鎳CAM在產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用中的諸多局限性，目前已提出了針對(duì)性的改性方法，本綜述將其分為兩部分：1）摻雜、鈍化涂層、復(fù)合層等預(yù)處理；2）氣體反應(yīng)、洗滌、熱處理等后處理。

圖1. 富鎳CAMs的存儲(chǔ)演化行為及各種因素對(duì)電池生產(chǎn)過(guò)程的影響

縱觀富鎳CAM的最新進(jìn)展，作者總結(jié)了近期有前景的研究方向如下：

（1）表征方法方面，目前的研究更側(cè)重于材料在時(shí)間和空間尺度上的原位演化，為具體的演化過(guò)程補(bǔ)充證據(jù)。此外，還需將元素分布、化學(xué)組成、相結(jié)構(gòu)、載流子動(dòng)力學(xué)等各種物理化學(xué)參數(shù)包含在多個(gè)級(jí)聯(lián)中以獲得全面研究。

（2）材料合成方面，從源頭控制其表面和界面的穩(wěn)定性是解決富鎳CAM固有非穩(wěn)態(tài)效應(yīng)的關(guān)鍵。其中，最重要的約束條件如下：i）塊體近表面區(qū)域的相控；ii）元素分布；iii）殘留鋰量的精確調(diào)控等。

（3）材料改性方面，針對(duì)鋰鹽殘?jiān)y以徹底去除的特點(diǎn)，需要通過(guò)后端處理（材料修復(fù)再生等）實(shí)現(xiàn)高效利用和徹底去除。

（4）材料的實(shí)際應(yīng)用方面，應(yīng)在CAM的規(guī)?；庸ぶ幸胍恍┹o助手段，包括通過(guò)調(diào)節(jié)漿料和電極加工等以抑制/解決空氣不穩(wěn)定性難題。

圖2. 富鎳CAM的空氣不穩(wěn)定性對(duì)其電化學(xué)性能的影響

Air Instability of Ni-Rich Layered Oxides-A Roadblock to Large Scale Application, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202993

6. 馬越/王洪強(qiáng)AFM: 240秒！超快激光誘導(dǎo)CEI用于高壓PEO基固態(tài)電池

基于聚環(huán)氧乙烷（PEO）的固態(tài)聚合物電解質(zhì)有望與全固態(tài)電池（ASSB）中的高容量金屬負(fù)極具有界面相容性。然而，電極-電解質(zhì)界面處的寄生歐姆電阻、高負(fù)載正極的離子通路不足及高壓下PEO的氧化傾向嚴(yán)重阻礙了原型構(gòu)建。

在此，西北工業(yè)大學(xué)馬越教授、王洪強(qiáng)教授等人提出了一種借助脈沖激光束引起的局部溫度梯度的簡(jiǎn)便正極/電解質(zhì)界面（CEI）形成技術(shù)，可在240秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)超高效正極改性。首先，作者將含有典型CEI添加劑的碳酸二乙酯（DEC）溶劑作為CEI前體滴在正極上。在預(yù)處理過(guò)程中，脈沖激光束會(huì)透過(guò)有機(jī)溶液并被正極顆粒和炭黑光熱吸收。電極利用光吸收和晶格振動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的激發(fā)電子-空穴對(duì)的弛豫過(guò)程，將吸收的激光能量轉(zhuǎn)換為熱能。

此外，有限元分析還用于可視化DEC/電極界面上的瞬時(shí)溫度變化。由于超高瞬時(shí)能量密度，40 mJ pulse^-1 cm^-2的單個(gè)10 ns激光脈沖會(huì)在正極表面30 nm內(nèi)產(chǎn)生巨大的溫度梯度，這足以使所有CEI前體分解。然后，熱量將沿垂直方向傳遞，同時(shí)多孔電極內(nèi)的DEC溶劑蒸發(fā)，從而避免了過(guò)多的熱量積累。

圖1. 脈沖激光照射產(chǎn)生的CEI形成示意圖及表征

通過(guò)成分篩選，定制的CEI可能包含源自磷酸三（三甲基甲硅烷基）酯（TMSP）的富磷物質(zhì)，且通過(guò)飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜（ToF-SIMS）和高分辨率TEM證實(shí)了活性顆粒之間和電極水平的一致性。即使與原始的基于PEO的固態(tài)聚合物電解質(zhì)直接組裝，優(yōu)化的NMC-811正極（6.2 mg cm^-2）也能實(shí)現(xiàn)高達(dá)2 C的穩(wěn)定4.3 V高壓循環(huán)并將漏電流降低43.2%。

正如高溫、原位相位跟蹤和差示掃描量熱法（DSC）所證明的那樣，激光處理的電極進(jìn)一步揭示了長(zhǎng)期循環(huán)時(shí)層狀到尖晶石相變的減輕及55 ℃時(shí)自放電過(guò)程的減少（75.5%），這與PEO氧化的抑制和高溫下氧氣釋放的減少相呼應(yīng)。與正極配方（活性材料和輔助添加劑）的經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化相比，這種非聚焦激光策略具有普遍適用性、可定制性和構(gòu)建堅(jiān)固CEI薄膜的高效性，從而為實(shí)現(xiàn)實(shí)用的高電壓PEO基ASSB開(kāi)辟了途徑。

圖2. 激光誘導(dǎo)的CEI改性在高壓下穩(wěn)定正極/PEO界面的有效性評(píng)估

Ultrafast Laser-Induced Cathode/Electrolyte Interphase for High-Voltage Poly(Ethylene Oxide)-Based Solid Batteries, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202210465

7. 山大張進(jìn)濤JACS: 基于物理化學(xué)限域效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高性能鋅碘電池！

鋅碘電池（ZIBs）是一種很有前景的儲(chǔ)能設(shè)備，具有水系電解液和更安全的鋅的獨(dú)特特性。然而，其性能仍受多碘化物穿梭和碘物種氧化還原機(jī)制不明的限制。

在此，山東大學(xué)張進(jìn)濤教授等人通過(guò)將單個(gè)鐵原子嵌入具有金屬-氮-碳原子橋接結(jié)構(gòu)的多孔碳中，不僅可以增強(qiáng)限域效應(yīng)，還可以激發(fā)碘的電催化氧化還原轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)大容量和良好循環(huán)穩(wěn)定性的ZIBs。

具體而言，作者展示了一種簡(jiǎn)便的一鍋法來(lái)制備含有鐵與氮原子的原子橋接結(jié)構(gòu)的環(huán)狀多孔碳B-Fe-NC。通常，三聚氰胺與三聚尿酸在鐵鹽存在下制備超分子聚合體，隨后的熱解處理導(dǎo)致形成具有Fe-N₄-C原子橋接結(jié)構(gòu)的B-Fe-NC。分層多孔結(jié)構(gòu)為碘物種的受限吸附提供了物理空間，并有效地促進(jìn)了離子擴(kuò)散。原位拉曼光譜證明，B-Fe-NC中Fe-N₄-C基團(tuán)具有良好可逆性的快速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)換，結(jié)合理論計(jì)算表明部分獨(dú)特的原子橋接結(jié)構(gòu)不僅增強(qiáng)了I₂物種的化學(xué)捕獲，還促進(jìn)了電催化氧化還原轉(zhuǎn)化。

圖1. B-Fe-NC制備示意圖及表征

因此，基于B-Fe-NC/I₂電極的ZIB在5 C時(shí)經(jīng)過(guò)5000次循環(huán)后仍表現(xiàn)出172 mAh g^-1的高比容量。此外，B-Fe-NC/I₂電極即使經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期測(cè)試也能在1.27 V附近保持穩(wěn)定的電壓平臺(tái)，顯示出良好的可逆性和長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性。循環(huán)過(guò)程中的平均庫(kù)侖效率可達(dá)99.7%以上，這可能是由于層狀孔結(jié)構(gòu)的限域作用和Fe-N₄-C的化學(xué)吸附對(duì)電催化氧化還原反應(yīng)的促進(jìn)作用。

更重要的是，基于B-Fe-NC/I₂組裝的軟包電池在2 C下循環(huán)300多次后容量保持率為90%。該電池可點(diǎn)亮具有“SDU”形狀的發(fā)光二極管（LED，2.2 V），甚至可為風(fēng)扇供電。這項(xiàng)工作表明，通過(guò)將單個(gè)金屬原子與氮合理錨定在多孔碳基底中可引發(fā)物理化學(xué)限域效應(yīng)，從而增強(qiáng)碘的電催化氧化還原轉(zhuǎn)化，這對(duì)于制造高性能鋅碘電池及其他電池至關(guān)重要。

圖2. B-Fe-NC/I₂電極的電化學(xué)性能

Physicochemical Confinement Effect Enables High-Performing Zinc–Iodine Batteries, Journal of the American Chemical Society 2022. DOI: 10.1021/jacs.2c09445

8. 浙大范修林Chem: 破譯和調(diào)控溶劑化結(jié)構(gòu)的能量學(xué)實(shí)現(xiàn)高壓鋰金屬電池

局部高濃電解液（LHCE）已脫穎而出，成為穩(wěn)定鋰金屬負(fù)極和高壓正極的最有前途的解決方案之一。盡管在正極穩(wěn)定性方面取得了顯著成就，但LHCEs的氧化化學(xué)仍有待闡明，這已成為進(jìn)一步突破的瓶頸。

在此，浙江大學(xué)范修林研究員等人定量破譯了LHCE的氧化化學(xué)，并提出了篩選用于配制新型高壓電解液的優(yōu)選稀釋劑的原則。作者確定了稀釋劑-FSI^–相互作用對(duì)于均相LHCE至關(guān)重要，同時(shí)極大地影響溶劑化結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而影響 LHCE的氧化穩(wěn)定性。為避免相分離，作者建議稀釋劑具有適當(dāng)?shù)撵o電勢(shì)能（E_max > 25 kcal mol^-1）以確保足夠的稀釋劑-FSI^–相互作用。

然而，強(qiáng)烈的稀釋劑-FSI^–相互作用破壞了Li⁺-DME的配位，由于游離DME的出現(xiàn)導(dǎo)致高壓下的氧化穩(wěn)定性降低。在篩選了大部分可能的稀釋劑后，2H, 3H-十氟戊烷（HFC）被提議作為其相對(duì)較弱但足夠的稀釋劑-FSI^–相互作用的代表，賦予HFC-LHCE在高壓鋰金屬電池（LMB）中提高的氧化穩(wěn)定性。

圖1. LHCE中電解液成分之間潛在的非共價(jià)相互作用

作為概念驗(yàn)證，配制的1.4 M LiFSI/DME-HFC（摩爾比為1:3）LHCE（HFC-LHCE）可使4.4 V Li||NMC811和4.5 V Li||LiCoO₂（LCO）電池分別在800次和582次循環(huán)后具有容量保持率（CR）> 80%的出色循環(huán)性能，優(yōu)于廣泛使用的HFE-LHCE。

此外，在20 μm-Li和>3.7 mAh cm^-2高正極容量的實(shí)際測(cè)試條件下，基于HFC-LHCE的Li||NMC811電池180次循環(huán)后實(shí)現(xiàn)了94%的創(chuàng)紀(jì)錄CR，Li||LCO電池循環(huán)200次后CR為88%，庫(kù)侖效率>99.91%。進(jìn)一步對(duì)溶劑化結(jié)構(gòu)的能量學(xué)研究提供了還原和氧化穩(wěn)定性的調(diào)控機(jī)制，這是由兩個(gè)關(guān)鍵描述符決定的:D值和ICOHP。高D值可保證FSI^–衍生的SEI以確保正極穩(wěn)定性，而低ICOHP表明穩(wěn)健的配位結(jié)構(gòu)可避免DME去配位，從而避免電解液氧化?？傊?，這項(xiàng)工作揭示了精確優(yōu)化溶劑化結(jié)構(gòu)以顯著提高LHCE的高壓性能的策略。

圖2. 基于有限Li與NCM或LCO正極組裝的全電池性能

Deciphering and modulating energetics of solvation structure enables aggressive high-voltage chemistry of Li metal batteries, Chem 2022. DOI: 10.1016/j.chempr.2022.10.027