1. 馬騁Nat. Commun.：可同時用作正負極和固態電解質，并循環超2500次！

能量密集型全固態鋰基電池（ASSLBs）的開發需要在室溫下具有離子導電性和可壓縮性的正極活性材料。事實上，這些材料的特性有助于顯著減少復合電極中固態電解質的數量，從而使活性材料的質量負載更高。

圖1 不同加工條件下LTC的電導率

中科大馬騁等提出合成和使用氯化鈦鋰（Li₃TiCl₆）作為室溫離子導電（即25℃時為1.04 mS cm^-1）和可壓縮的活性材料，以用于全固態鋰基電池。研究顯示，復合正極中Li₃TiCl₆的比例可以達到95wt%（另外5wt%是碳黑），這超過了大多數文獻中ASSLBs的比例（通常低于80wt%），但仍能提供良好的電池性能，當與Li-In合金負極和Li₆PS₅Cl/Li₂ZrCl₆固態電解質結合測試時，獲得了約90 mAh g^-1的初始放電容量和約2.53 V的平均電池放電電壓。

圖2 基于Ti³⁺/Ti⁴⁺氧化還原對的Li-In|LPSCl|LZC|LTC電池的電化學性能

此外，當使用這種復合正極組裝的全固態電池在25℃和1.5噸的外部壓力下以95.2 mA g^-1進行充放電時，經過388次循環后容量保持率超過80%；即使在2500次循環后，容量保持率仍保持在62.3%。另外，作者還報告了”單Li₃TiCl₆“電池的組裝和測試，其中這種氯化物材料被同時用作固態電解質、負電極和正電極。這些結果指出，幾乎沒有探索過的過渡金屬氯化物值得在未來的研究中進行更廣泛和深入的探索。

圖3 “單Li₃TiCl₆“電池的性能

Li3TiCl6 as ionic conductive and compressible positive electrode active material for all-solid-state lithium-based batteries. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-37122-7

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2. Nat. Commun.：無溶劑干法電極獲得100mg/cm²超高質量負載！

目前的鋰離子電池（LIB）電極制造工藝嚴重依賴于濕涂覆工藝，該工藝會使用對環境有害且有毒的N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）溶劑。除了不可持續之外，使用這種昂貴的有機溶劑還大大增加了電池生產成本，因為它需要在整個制造過程中進行干燥和回收。

圖1 干法壓涂電極（DPCE）的制備

韓國延世大學Jong Hyeok Park等報告了一種工業上可行且可持續的干法壓涂工藝，該工藝使用多壁碳納米管（MWNT）和聚偏氟乙烯（PVDF）的組合作為干粉復合材料，蝕刻鋁箔作為集流體。值得注意的是，使用該工藝制備的LiNi_0.7Co_0.1Mn_0.2O₂（NCM712）干式壓涂電極（DPCE）由于其雙連續交織結構，表現出了較強的粘附性和內聚性特性，該結構能夠錨定在蝕刻鋁箔的亞微米孔上，并能夠在其網狀網絡內無縫壓實活性材料。

圖2 濕法和干法電極的性能對比

進一步發現，DPCE的這些獨特性質允許制備高負載電極，作為概念證明，作者使用面積質量負載為100 mg?cm^?2（相當于17.6 mAh cm^?2的面容量）的DPCE組裝鋰金屬軟包電池?，其比能量和體積能量密度可分別達到360?Wh?kg^?1和701? Wh ?L^?1（基于整個電池重量），證實了DPCE的實用性。此外，DPCE與其他活性材料的優異相容性使干法壓涂工藝成為可擴展制造干式LIB電極的一個有前景的解決方案。

圖3 高質量負載DPCE的扣式電池性能

Ultrahigh loading dry-process for solvent-free lithium-ion battery electrode fabrication. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-37009-7

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3. 西工大馬越AFM：耐溫性達180°C的異質層超輕復合聚合物電解質

聚環氧乙烷聚合物電解質在固態鈉金屬電池（SSMB）中的實際應用受到室溫下Na⁺擴散遲緩、機械脆性以及高壓下氧化傾向的影響。

圖1 異質層CPE的設計概念示意圖

西北工業大學馬越等提出了一種異質層復合聚合物電解質（CPE），以同時實現與高壓正極（直到4.2V）和Na金屬負極的界面穩定性。具體而言，層堆疊的PEO和聚丙烯腈（PAN）分別穩定了與Na箔和高壓正極接觸的界面動力學；在聚合物基質內，將Na₃Zr₂Si₂PO₁₂（NZSP）納米填料進行砂磨并均勻分散在聚合物基質中，以提高離子電導率（1.62×60°C時為10^?4 S cm^?1）。同時，滲透的納米纖維素骨架中豐富的羥基提高了與聚合物基體的界面緊密性，從而賦予了輕質CPE的形成（25 um），并使其機械強度（13.84MPa）提高一個數量級，耐溫性達到180°C。

圖2 CPE的力學和電化學性質

受益于上述優勢，在無表面潤濕劑的情況下，將六氰化鐵正極（FeHCF，1 mAh cm^-2）、25 μm CPE薄膜和Na箔層層疊加，所構建的SSMB原型電池可以實現室溫循環穩定性（200次循環后具有93.8%的容量保持率），以及在80℃下的卓越運行可靠性。更重要的是，機械柔性的CPE薄膜符合層壓加工，這很容易被納入工業電池制造。

圖3 全電池性能

A Hetero-Layered, Mechanically Reinforced, Ultra-Lightweight Composite Polymer Electrolyte for Wide-Temperature-Range, Solid-State Sodium Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202215117

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4. 川大Adv. Sci.：利用單分散超長單壁碳納米管制備自支撐LiFePO4正極

在柔性/可穿戴電子設備方面，低含量/不含非電化學活性粘結劑、導電添加劑和集流體是提高鋰離子電池快充/放電性能和開發自支撐電極的關鍵問題。

圖1 SWCNTs的分散示意圖及表征

四川大學王延青等展示了一種簡單而強大的制備方法，利用靜電偶極相互作用和分散劑分子的立體阻礙，在N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）溶液中大量生產單分散的超長單壁碳納米管（SWCNTs），并在磷酸鐵鋰（LFP）正極中構建連續互聯的SWCNT網絡。首先，通過分子動力學（MD）模擬證實，具有特定結構的分散劑分子可以通過分子間作用力吸附在超長SWCNTs上，并通過靜電和立體阻礙作用防止超長SWCNTs重新聚集。與SWCNTs粉末相比，單分散的超長SWCNTs更容易在電極中形成高效的導電網絡，即使作為導電添加劑的添加量從5到0.5wt%不等。此外，在沒有粘結劑的情況下，LFP顆?？梢栽趩畏稚⒊LSWCNTs的纏繞和包裹下有效固定，形成穩定的結構，從而大大提高了電極的比容量和高倍率穩定性。

圖2 無粘結劑電極（LFP-SWCNTx-BF）的制備與性能

因此，在導電添加劑含量為3wt%時，電極的比容量在20C時可達到90.7 mAh g^-1，在5C下循環500次后容量保持率為71.3%。此外，這項工作展示了一種分層復合材料，其中納米管排列成網絡狀的膜，將活性LFP顆粒包裹在制備的自支撐SWCNTs電極中。所得自支撐電極在電解液中表現出良好的抗彎曲性和抗壓性，可以承受至少7.2 Mpa的拉伸應力和5%的應變，并允許制備厚度達39.1 mg cm^-2的高質量負載電極。這些研究無疑將為在堅韌、無粘結劑、自支撐的電極中構建有利于電子/離子傳輸的高效導電網絡提供有效和實用的策略。

圖3 自支撐電極（LFP-SWCNT-SS）的性能

Preparation of Tough, Binder-Free, and Self-Supporting LiFePO4 Cathode by Using Mono-Dispersed Ultra-Long Single-Walled Carbon Nanotubes for High-Rate Performance Li-Ion Battery. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202207355

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5. 孟躍中/肖敏EnSM：基于無溶劑技術制備的超長壽命和超薄準固態電解質

由于有機溶劑的過度消耗和環境保護協議的加強，有必要開發理想的方法來加工固態電解質。

圖1 所得QPE膜的表征

中山大學孟躍中、肖敏等報告了一種全無溶劑的方法來制備低成本、可回收、柔性、超薄和高離子傳導率的準固態聚合物電解質（QPE）膜，這是一種5μm厚的PE隔膜，里面填充有聚醚-嵌段-聚酰胺（PEO-b-PA6）/LiTFSI/四乙二醇二甲醚（TEGDME）（PPLT），可用于安全的鋰金屬電池。具有超分子氫鍵的PEO-b-PA6的自融合特性保證了即使在極端變形和無溶劑加工過程的裂縫中也能有親密和完美的界面。超薄的PE隔膜具有很強的機械強度，即使在超過1200小時的循環后也能防止電池短路，而且只需添加25wt%的TEGDME作為增塑劑，PPLT的離子電導率在30℃時就能達到1.02*10^-4 S cm^-1。

圖2 半電池性能

結果，采用PPLT作為電解質的LFP/Li電池在28℃和1C下循環700次后，表現出優異的可逆容量為116 mAh g^-1。此外，使用PPLT的聚合物軟包電池在0.2C下循環200次后，實現了124.9 mAh g^-1的高可逆容量，并且表現出了良好的柔性和令人印象深刻的安全性。另外，需要指出的是，這種無溶劑制膜工藝和這種QPE的出色電化學性能可以進一步提供給其他室溫可充固態鋰金屬電池，并開啟安全、低碳的綠色高能固態電池。

圖3 全電池性能

Ultra-Long-Life and Ultrathin Quasi-solid Electrolytes Fabricated by Solvent-free Technology for Safe Lithium Metal Batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.03.012

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6. 蘇州大學孫靖宇ACS Nano：靶向制備用于增強鋰硫電化學的先進介體

介體的設計已經激發了越來越多的關注，以幫助解決Li-S領域中激增的有害問題，主要涉及猖獗的多硫化物穿梭和遲緩的氧化還原動力學。然而，通用的設計理念，盡管備受追捧，但至今仍是遙不可及。

蘇州大學孫靖宇等提出了一個通用的、簡單的材料策略，以允許靶向制備用于增強硫電化學的先進介體。具體來說，作者舉例說明了VN原型電催化劑來實現這一目標。一方面，VN納米顆粒被均勻地負載在一個導電的含氮碳框架上（表示為VN@NC），從而豐富了邊緣位點和反應界面。另一方面，VN的電子構型通過鈷原子摻雜物被有效調整，最終導致Co-VN@NC的形成。這樣的組合策略賦予了Co-VN@NC豐富的優勢，容易協同豐富的三相界面、出色的催化活性和超快的離子擴散性。

圖2 對多硫化物的吸附性能研究

受益于上述優勢，Co-VN@NC在雙向多硫化物轉化動力學方面表現出優異的電催化效果，這一點通過全面的電化學動力學分析和理論模擬得以闡明。因此，由Co-VN@NC介導的硫正極可以獲得穩定的循環性能，在1.0C的條件下，500次循環中每圈的容量衰減率為0.07%，而且，由此衍生的高負載Li-S電池可以實現令人滿意的4.9 mAh cm^-2的面積容量。這項研究預計將為工作中的Li-S電池的合理介體設計提供啟示。

圖3 Li-S電池性能

Steering Bidirectional Sulfur Redox via Geometric/Electronic Mediator Comodulation for Li–S Batteries. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c00377

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7. EES：鹽包水電解液并不一定有助于提高鋅負極效率

可充水系鋅金屬電池由于其高能量密度、低成本和不易燃性而成為有前途的電網存儲系統。然而，由于枝晶的形成和充放電循環過程中同時發生的水分解，鋅金屬負極有很大的局限性。這兩個過程都對庫侖效率（CE）和長期循環穩定性產生負面影響。此前曾提出鹽包水（WIS）電解液來解決這些挑戰，使鋅金屬負極的循環穩定性得到了改善。雖然WIS電解液有助于提高CE，但它們需要大量的鹽（通常是有毒的），并且粘度急劇增加，這反過來又限制了它們的傳輸特性、充放電速率和在先進鋅電池中的可用性。

圖1 醋酸鋅-K溶液在室溫下的物理化學特性

蘇黎世聯邦理工學院Maria R. Lukatskaya 等研究了電解液的WIS設計是否總是對循環的鋅負極最有利，或者是否可以用非WIS電解液實現同等甚至更有前景的性能。先前的研究表明，鋅的沉積和剝離效率受到Zn離子配位環境的強烈影響，而這種配位環境又受到電解液形態的影響。然而，許多文獻中考慮的主要參數與電解液濃度有關，在WIS條件下，陰離子被迫進入鋅的配位圈。同時，眾所周知，如果陰離子的配位能力高于水的配位能力，即使在水包鹽溶液中也可以實現陽離子的富水配位。在此，作者研究了電解液濃度如何影響鋅離子在混合陽離子乙酸鹽溶液中的局部配位，以及改性電解液形態如何影響電解液的物理化學特性和Zn沉積/剝離效率。選擇乙酸鹽是因為乙酸鹽陰離子對過渡金屬離子有很強的配位能力（相對于水），成本低，對環境友好。

圖2 循環伏安測試

結果表明，使用WIS系統本身不一定能提高鋅電池的效率，在鋅電池的電解液工程中應考慮陰離子和支持陽離子的作用。對于所研究的電解液系列（Zn_0.2K_0.8OAc_1.2 nH₂O），作者證明在水與陽離子比例為n=10時，已經在Zn周圍觀察到類似WIS的配位環境，這使得能夠實現與更稀或更濃（WIS）的方案相當的高CE（99.8%）和倍率性能。重要的是，這項工作提供了全面的電解液表征，并將其結構和物理化學特性與電化學性能聯系起來。此外，除了對建模結果進行廣泛的驗證外，作者還發現并討論了WIS雙鹽水系乙酸鹽電解液與先前報告的定量差異。

圖3 Zn_0.2K_0.8OAc_1.2 nH₂O的電化學特性與水/陽離子比 “n “的關系

Creating water-in-salt-like environment using coordinating anions in non-concentrated aqueous electrolytes for efficient Zn batteries. Energy & Environmental Science 2023. DOI: 10.1039/d3ee00205e

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8. 南科大AM：熱力學穩定的雙改性保護層使富鎳正極實現卓越的可循環性

提高截止電勢的極限可以使富鎳層氧化物提供更高的能量密度和比容量，但同時會降低熱力學和動力學穩定性。

圖1 材料制備及表征

南方科技大學曾林、張晴等受有效改變電化學和熱力學穩定性的啟發，合成了雙修飾的LiF&FeF₃涂層，以減輕富鎳正極的副反應，從而提高電化學性能。研究顯示，熱力學穩定的LiF&FeF₃（LFF）涂層可以有效抑制納米級的結構退化和晶間裂紋。同時，LiF&FeF₃涂層減輕了O^α-（α<2）的向外遷移，增加了氧空位形成能量，并加速了Li⁺的界面擴散。

圖2 電化學性能研究

受益于上述優勢，優化后的NCM811@LiF&FeF₃-3（NCM@LFF3）表現出顯著改善的電化學性能，在1C下循環1000次后，容量保持率約為83.1%，即使在高溫下的苛刻運行條件下，其電化學性能也很出色（在1C下循環150次后，容量保持率約為91.3%）。這項工作表明，雙重改性策略可以同時解決界面不穩定和體相結構退化的問題，代表了開發高性能鋰離子電池（LIBs）的重大進展。

圖3 容量退化的機制和雙修的優越性研究

Thermodynamically Stable Dual-Modified LiF&FeF3 layer Empowering Ni-Rich Cathodes with Superior Cyclabilities. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202212308