1. 蔣凱/王康麗AEM：超穩定水系鋅離子電池，1.2萬次循環容量保持83.8%！

處于起步階段的搖椅式鋅離子電池的實際應用主要受到傳統負極材料與二價Zn²⁺之間強靜電作用的阻礙，這會造成不可逆的嚴重結構破壞、差循環穩定性和倍率性能。

華中科技大學蔣凱、王康麗等成功構建了一種先進的雙電場原位誘導插層/轉化雙機制的Na_1.6TiS₂/CuSe₂異質面負極，以用于超穩定的水系搖椅式鋅離子電池。

圖1 單層TiS_1.34Se_0.66納米片、TiS₂/CuSe₂異質界面和Na_1.6TiS₂/CuSe₂異質界面的設計策略

具體而言，在密度泛函理論（DFT）計算的指導下，新開發的單層TiS_1.34Se_0.66納米板和Cu箔被結合起來，作為原位構建雙機制Na_1.6TiS₂/CuSe₂異質面的起點。由于Na⁺的誘導，單層TiS_1.34Se_0.66納米板首先發生了陰陽離子之間的強靜電相互作用，減少了Zn²⁺擴散和儲存限制的固定晶格間距。同時，Na⁺的引入加速了局部電荷補償過程和異質面的形成。此外，Na⁺的引入穩定了晶格畸變，避免了不可逆的結構坍塌，從而增加了異質結構的Zn²⁺儲存位點，有效減少了有序結構的滯留，并形成開放通道和各向同性，有利于促進離子的擴散。重要的是，合理構建不同相間的巨大異質面可以實現內置電場（BEFs），減少能量障礙，加速Zn²⁺的遷移。

圖2 TiS₂/CuSe₂和Na_1.6TiS₂/CuSe₂異質結構的DFT計算

因此，通過納米結構的優化，所制備的異質面擁有連續的離子傳輸路徑，并在形態和微觀結構特性之間實現了良好的平衡。結果，雙機制Na_1.6TiS₂/CuSe₂異質結構在0.2 A g^-1時可表現出142 mAh g^-1的容量，在10 A g^-1的高電流評估后，電流密度恢復到0.2 A g^-1時，其容量仍能達到133 mAh g^-1，此外其具有顯著的容量保持率（在5A g^-1下12000次循環后容量保持率為83.8%）。這一突破開辟了一條新的途徑，并對異質界面的演變提供了深刻的見解，將搖椅式鋅離子電池負極的結構穩定性提升到一個更高的水平。

圖3 TiS₂/CuSe₂和Na_1.6TiS₂/CuSe₂異質面的電化學性能

Advanced In Situ Induced Dual-Mechanism Heterointerface Towards Ultrastable Aqueous Rocking-Chair Zinc-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI：10.1002/aenm.202202182

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2. 張培新/馬定濤AFM：MXene鍵合傳輸網絡助力穩定的固態鋅金屬電池！

緩慢的傳輸動力學和不穩定的電極-電解質界面是嚴重影響固態鋅金屬電池電化學性能的主要障礙。

深圳大學張培新、馬定濤等以具有代表性的Ti₃C₂T_x MXene為例，提出了用于鋅金屬電池的多功能MXene鍵合傳輸網絡嵌入聚（偏二氟乙烯共六氟丙烯）Zn(OTf)₂固態聚合物電解質(PH/MXene SPE)的設計理念。

圖1 MXene鍵合傳輸網絡嵌入固體聚合物電解質的示意圖及材料表征

一方面，DFT計算和實驗證實，二維MXene納米填料的引入可以提高PH/MXene SPE的熱擴散效率和鋅離子遷移數，同時降低離子遷移勢壘。除此之外，由于MXene和PH聚合物鏈之間形成氫鍵網絡，外電場激發的偶極子會通過局部極化電場效應加速鋅鹽的解離和離子傳輸。另一方面，結合模擬、形態評價、界面成分和界面傳輸動力學的研究，作者證明了MXene納米填料還可以降低離子濃度極化，使電極-電解質界面的離子傳輸均勻化，這有利于原位構建穩定的有機/無機雜化界面以實現均勻的鋅沉積。

圖2 PH/MXene SPE的離子傳輸性能研究

因此，采用這種設計的SPE的組裝電池可以實現超穩定的Zn沉積/剝離行為，循環壽命在0.1 mA cm^-2下達到2500小時，在0.5 mA cm^-2下達到1500小時。此外，還實現了具有顯著提高倍率性能和循環穩定性的固態Zn/VO₂電池。總之，這項工作為SPE設計開辟了一條新的“一體化”途徑，也加深了對高性能固態鋅金屬電池的理解。

圖3 全電池性能

Multifunctional MXene-Bonded Transport Network Embedded in Polymer Electrolyte Enables High-Rate and Stable Solid-State Zinc Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202207909

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3. 北航朱禹潔/華科吉曉Angew：超低溫（-60?C）NCM||石墨電池！

現代鋰離子電池(LIBs)的可充電性在低溫下具有挑戰性，這主要是由于石墨負極面臨的障礙。

北京航空航天大學朱禹潔、華中科技大學吉曉等通過利用鋰-溶劑共嵌入石墨現象，提高了其低溫充電能力。

圖1 電解液表征

通過合理的電解液設計（1.5 M LiOTF+0.2 M LiPF₆-DEGDME），這項工作表明在不完全剝離Li⁺的溶劑鞘層的情況下，Li-溶劑共嵌入過程使石墨能夠在-60 ?C下穩定充放電，并保持其73.7%的室溫容量。通過密度泛函理論計算輔助的一系列微觀、光譜和電化學研究，作者進一步揭示了石墨在鋰-溶劑共嵌入時優異的低溫性能的潛在機制。原位X射線衍射(XRD)和電子顯微鏡表征表明，石墨在鋰-溶劑共嵌入過程中具有高的結構可逆性和強大的機械穩定性，盡管它經歷了大的層間膨脹。透射電子顯微鏡(TEM)與X射線光電子能譜(XPS)相結合的結果證實，在配制的電解液中石墨上形成了非常薄的固體電解質界面(SEI)層。與DFT模擬結果相結合的進一步實驗測試表明，每個Li與一個溶劑分子可逆地共嵌入石墨中，在石墨夾層之間形成雙層Li-溶劑絡合物。

圖2 石墨||鋰半電池的電化學性能

此外，作者還采用互補的電化學方法全面研究了鋰-溶劑共嵌入石墨的動力學。結果表明，Li-溶劑共嵌入過程具有界面電阻低、電荷轉移活化能小（~0.23 eV atom^-1）和溶劑化鋰離子在石墨中幾乎與溫度無關的化學擴散系數的特點，這與從DFT計算中獲得的非常低的擴散勢壘（~0.09 eV atom^-1）很好地對應。這些優點賦予了共嵌入過程快速的動力學和優異的低溫性能。最后，得益于配制電解液的高氧化穩定性（> 5.0 V vs. Li+/Li），該電解液與商用高壓 LiNi_0.65Co_0.15Mn_0.2O₂(NCM)正極兼容，NCM||石墨全電池可保持58.3%的室溫容量，并且充放電性能穩定。總之這項工作表明，鋰-溶劑共嵌入石墨現象通常被認為是有害的，但可以成為在超低溫下實現可充石墨基LIBs的替代且有效的方法。

圖3 NCM||石墨全電池性能

Rechargeable LiNi0.65Co0.15Mn0.2O2||Graphite Batteries Operating at -60 ?C. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202209619

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4. 何向明/王莉ACS Cent. Sci.：不止稀釋，反溶劑還改變電解液的溶劑化結構！

由于其獨特的物理化學性質，局域高濃度電解液（LHCE）為擴展多功能電解液提供了一種新方法。當高濃度電解液(HCE)被反溶劑稀釋時會產生LHCE，而反溶劑對鋰離子溶劑化結構的影響可以忽略不計。

清華大學何向明、王莉等采用一維紅外光譜和理論計算，探討了基于氟代醚的模型電解液雙（氟磺酰基）亞胺鋰/碳酸二甲酯（LiFSI/DMC）中反溶劑的重要性。

圖1 電解液中DMC的FTIR光譜

在這項工作中，作者使用FTIR光譜、DFT和MD模擬來檢查LHCE的結構和動態特性，并發現反溶劑對LHCE的溶劑化結構、能級和傳輸特性不可避免的影響。更具體地說，反溶劑提供了較低的介電環境，導致DMC分子的參與增加，而FSI-陰離子在Li⁺溶劑化鞘中的參與減少。此外，反溶劑引起的增強誘導效應降低了Li⁺···DMC相互作用的結合能，并隨著各種反溶劑的變化而變化。

圖2 純 DMC、DMC-反溶劑混合物和反溶劑的FTIR光譜

與超濃縮電解液相比，添加反溶劑后Li⁺···DMC和Li⁺···FSI-相互作用的結合能降低，表明反溶劑有助于降低電化學反應的脫溶劑化能并促進界面動力學。此外，第二層中的反溶劑改變了溶劑化簇表面的電荷分布，降低了FSI-的還原穩定性。因此，LHCE中促進的陰離子衍生固體電解質界面（SEI）與實驗結果一致。另外，MD結果表明添加抗溶劑可以增強Li⁺的傳輸。因此，反溶劑對溶劑化結構的界面化學和電化學活性的影響不容忽視，這一發現引入了一種提高電池性能的新方法。

圖3 從MD模擬中提取的HCE和LHCE中的Li⁺溶劑化結構群

Significance of Antisolvents on Solvation Structures Enhancing Interfacial Chemistry in Localized High-Concentration Electrolytes. ACS Central Science 2022. DOI: 10.1021/acscentsci.2c00791

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5. 熊訓輝Mater. Today：具有優異空氣穩定性的耐用磷基核殼異質結構負極！

由于單個結構組件和獨特界面的協同作用，異質結構電極越來越受到關注。然而，工業用高面容量和耐用的磷基異質結構負極的合理設計和可控制備仍然是一個關鍵挑戰。

華南理工大學熊訓輝等通過簡單的一步溶劑熱策略制備了錨定在三維N摻雜石墨烯上的新型紅@黑磷核殼異質結構(RP@BP/3DNG)。

圖1 材料制備及表征

RP@BP/3DNG是通過在EN溶劑中對RP-乙二胺（RP-EN）絡合物和氧化石墨烯（GO）進行一步溶劑熱處理制備的，其中GO和RP-EN絡合物之間的熱酰胺化反應導致RP在3DNG上沉積，隨后從RP到BP的相變導致形成RP@BP具有核-殼異質結構。實驗數據和DFT計算證實RP@BP/3DNG中的異質界面可以有效地加速電子傳輸和鈉離子擴散。因此，RP@BP/3DNG電極在高倍率下具有出色的鈉儲存能力和非凡的循環穩定性，遠優于大多數報道的P基負極。

圖2 RP@BP/3DNG的電化學性能

結果，RP@BP/3DNG在0.05 A/g時表現出1440.2 mAh/g的高可逆容量、優異的倍率性能（在10.0 A/g時為521.3 mAh/g）以及前所未有的循環穩定性（10.0 A/g 下經過1200次循環后具有89.3容量保持率）。此外，RP@BP異質界面處的內建場誘導電子云從BP轉移到RP，降低了BP原子孤對電子的反應活性，因此 RP@BP/3DNG表現出顯著增強的空氣穩定性。

圖3 P基負極的空氣穩定性研究

Red@Black phosphorus core–shell heterostructure with superior air stability for high-rate and durable sodium-ion battery. Materials Today 2022. DOI: 10.1016/j.mattod.2022.08.013

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6. 張嘉恒/李明雨/慈立杰ACS Nano：三元共晶電解液為鋰金屬電池定制電極/電解液界面！

開發具有高安全性、高離子電導率和抑制鋰枝晶生長能力的電解液對于制備高能量密度的鋰金屬電池（LMB）至關重要。

哈工大(深圳)張嘉恒、李明雨、慈立杰等設計了一種含有 LiTFSI、丁內酰胺（BL）和丁二腈（SN）具有實用濃度(~1.27M)的三元共晶電解液。

圖1 不同電解液的性質比較及共晶電解液的理化性質

與二元共晶電解液相比，設計良好的三元共晶電解液具有低粘度和高離子電導率。值得注意的是，與商用電解液相比，三元共晶電解液具有較高的安全性，因為它具有高熱穩定性、不可燃性、無枝晶特性和均勻的鋰沉積。因此，三元共晶電解液在三個方面顯著提高了LMB的性能：(1)競爭性溶劑化機制降低了SN與鋰金屬的副反應和電解液粘度，同時提高了電解液的穩定性；(2)具有LiF和富N物種的穩定SEI膜導致鋰沉積均勻且致密；(3)改性三元共晶電解液有效改善了正極-電解質界面。

圖2 對稱電池測試、鋰沉積形態和不同共晶電解液的理論計算

受益于三元共晶電解液的優勢特性，LiFePO₄(LFP)||Li電池即使在高電流密度、低溫和高溫等惡劣條件下也表現出優異的循環性能和更高的庫侖效率。此外，基于改性三元共晶電解液的富鎳LiNi_0.8Co_0.1Al_0.1O₂/Li和LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂/Li電池具有出色的循環性能，NCA||Li和NCM811||Li電池分別經過200次和300次循環后容量保持率達80%。這項研究為理解和設計用于鋰金屬電池和類似鈉/鉀金屬電池的更好電解液提供了見解。

圖3 全電池性能

A Competitive Solvation of Ternary Eutectic Electrolytes Tailoring the Electrode/Electrolyte Interphase for Lithium Metal Batteries. ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c05016

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7. 徐朝和/王榮華/楊祖光EnSM：為固態鋰金屬電池啟用電子/離子導電復合鋰負極！

鋰負極的使用對于固態鋰金屬電池（SSLMB）的能量密度超過鋰離子電池至關重要。然而，由于界面電阻大、固態界面物理接觸差，以及鋰負極的枝晶問題和體積變化，阻礙了實際應用。

重慶大學徐朝和、王榮華、楊祖光等制備了具有連續電子/離子傳導網絡的復合鋰負極，其對石榴石型Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂電解質的潤濕性顯著提高。

圖1 材料制備示意

具體而言，與工程化的親鋰人工層不同，作者采用市售Li箔、AlF₃和AlN作為原料，通過在石榴石型Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂（LLZTO）SSE表面的原位轉化和合金化反應，探索了具有連續電子/離子導電網絡的高性能復合鋰負極。由Li、Li-Al合金、LiF和/或Li₃N構成的電子/離子導電網絡在Li負極和SSEs之間具有良好的界面相容性，并具有優異的親鋰性能、高離子電導率和Li⁺擴散系數，以及良好的結構穩定性，從而賦予LLZTO SSE與復合鋰負極緊密的界面接觸、高電荷轉移動力學和低界面電阻，以及有利的鋰離子通量調節和枝晶鋰限制能力。

圖2 半電池性能

結果，復合鋰負極的緊密界面及其高電荷轉移動力學賦予對稱電池在0.3 mA cm^-2下的小過電位 (45 mV)、超低界面電阻(~2.0 Ω cm²)、高臨界電流密度(1.1 mA cm^-2)，以及在25 °C下出色的循環性能（在0.1 mA cm^-2下>3000小時）。與LiFePO₄配對的SSLMB在0.1 C時提供了161.7 mAh g^-1的高放電比容量、100次循環的良好循環性能和80%的容量保持率。此外，基于NMC811的SSLMB還可以實現219.5 mAh g^-1的高容量、優異的倍率性能和循環穩定性。因此，這項工作為開發用于高性能SSLMB實際應用的復合鋰負極奠定了基礎。

圖3 全電池性能

Enabling an Electron/Ion Conductive Composite Lithium Anode for Solid-State Lithium-Metal Batteries with Garnet Electrolyte. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.08.041

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8. 延衛等AEM：用于穩健鋰金屬電池的熱穩定性和抗枝晶隔膜！

高度安全對于在日益電氣化的世界中不斷追求高能量密度電池至關重要。傳統聚丙烯(PP)隔膜的熱不穩定性和枝晶誘導問題通常會導致電池內部短路和熱失控。

西安交通大學延衛、王嘉楠等將聚對苯二甲胺(PPTA)納米纖維涂覆在商用PP膜上，然后通過冷等離子體技術接枝含F基團，構建了一種熱穩定且抗枝晶的隔膜（F-PPTA@PP），以同時提高LMB的電化學性能和在各種應用場景中的穩定性。

圖1 Li|| NCM811電池中PP和F-PPTA@PP隔膜的工作機制

3D熱紅外圖像驗證了F-PPTA@PP隔膜的高熱穩定性和優異的隔熱能力，可有效抑制隔膜的熱收縮和溫度分布不均勻導致的熱點形成。動態鋰沉積過程直觀地表明，F修飾的PPTA保護層賦予了均勻的鋰成核/沉積行為，并抑制了不可控的枝晶生長。因此，采用F-PPTA@PP隔膜的Li||NCM811電池在0.5 C時顯示出194.1 mAh g^–1的高初始容量和超過1000次循環的穩定循環性能。

圖2 不同隔膜的電解液潤濕性和熱安全性

此外，其出色的電化學性能和耐久性也在各種惡劣條件下得到了證明，包括極端外部溫度、超快充電/放電速率、大質量負載/貧電解質條件，甚至在Li-S電池中。大規模制備（≈1.4 m）和在軟包電池（4×3 cm²）中的柔性應用進一步強調了這種F-PPTA@PP隔膜在可穿戴電子產品中的可行性。作者預計，這種方法將先進改性劑的物理性能與冷等離子體誘導的化學改性相結合，可以為開發使用過渡金屬氧化物正極和新興正極化學（如Li-金屬、Li/Na-S和金屬-空氣電池）的高安全和高能量密度存儲系統提供另一條途徑。

圖3 F-PPTA@PP隔膜的多功能性

Thermally Stable and Dendrite-Resistant Separators toward Highly Robust Lithium Metal Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202206