1. 劉玉龍/謝海明/孫學(xué)良Nano Energy：超薄耐高電壓雙相固態(tài)聚合物電解質(zhì)

固態(tài)電解質(zhì)（SSEs）是全固態(tài)鋰金屬電池的基本材料。然而，具有高離子電導(dǎo)率、寬電化學(xué)窗口和高熱穩(wěn)定性的綜合性固態(tài)電解質(zhì)仍未問世。

圖1. 雙相SSE的構(gòu)建及表征

東北師范大學(xué)劉玉龍、謝海明、加拿大西安大略大學(xué)孫學(xué)良院士等通過原位熱交聯(lián)2-乙基氰基丙烯酸酯(CA)、聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯 (PEGMEA)、琥珀腈(SN)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)添加劑，開發(fā)出了一種具有形狀記憶效應(yīng)的新型雙相SSE。通過采用兩步混合法，塑料晶體電解質(zhì)（PCE）可以均勻地分散在聚合物基體中，從而建立起連續(xù)的三維通道，實(shí)現(xiàn)高效的鋰傳輸。

因此，在良好的彈性體/PCE體積比（1:1）條件下，該電解質(zhì)表現(xiàn)出較高的室溫離子電導(dǎo)率（1.9 mS cm^-1）。此外，所設(shè)計(jì)的雙相電解質(zhì)還具有形狀記憶功能，在受到溫度等外部刺激引發(fā)短暫變形后，可恢復(fù)其形狀。

圖2.?半電池性能

結(jié)果，采用CA-PEGMEA-SN電解質(zhì)的鋰/鋰對(duì)稱電池在0.1 mA cm^-2電流下可穩(wěn)定運(yùn)行1600小時(shí)，臨界電流密度為0.5 mA cm^-2。使用CA-PEGMEA-SN的高壓 LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM 811)//Li全電池在12 mg cm^-2的高負(fù)載和4.5 V的截止電壓下實(shí)現(xiàn)了高界面穩(wěn)定性。

此外，基于該電解質(zhì)的的鋰金屬電池在-2至50℃的寬溫度范圍內(nèi)顯示出良好的倍率能力和循環(huán)可逆性。這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了雙相固態(tài)電解質(zhì)作為高性能固態(tài)電池材料的潛力，它具有更高的安全性、穩(wěn)定性和多功能性。

圖3.?全電池性能

Ultra-Thin and High-Voltage-Stable Bi-phasic Solid Polymer Electrolytes for High-Energy-Density Li Metal Batteries. Nano Energy 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.109054

2. 中南侯紅帥Nano Energy：多功能氟化碳點(diǎn)人工SEI層實(shí)現(xiàn)超穩(wěn)定鋅陽極

穩(wěn)定鋅陽極是水系鋅離子電池（ZIBs）的一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要解決枝晶生長、腐蝕、析氫和其他副反應(yīng)等諸多問題。要一次性解決這些問題，迫切需要開發(fā)一種鋅陽極保護(hù)層。

圖1.?理論計(jì)算

中南大學(xué)侯紅帥等在鋅陽極表面構(gòu)建了帶有三種親鋅基團(tuán)（-C=O、-CHO和-F）的疏水多功能氟化碳點(diǎn)（F-CDs）保護(hù)層。正如預(yù)期的那樣，F(xiàn)-CDs層上的這些親鋅基團(tuán)起到了親鋅位點(diǎn)的作用，從而實(shí)現(xiàn)了鋅的均勻沉積。特別是，-F基團(tuán)可在F-CDs層下原位促進(jìn)ZnF₂的形成，而ZnF₂層通常被視為固態(tài)Zn²⁺導(dǎo)體層，可進(jìn)一步均勻沉積鋅。

此外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，F(xiàn)-CDs層與原位生成的ZnF₂界面層相結(jié)合，不僅能綜合解決上述問題，還能誘導(dǎo)Zn沉積在優(yōu)選的(002)平面上。

圖2.?半電池性能

因此，在對(duì)稱電池中，Zn@F-CDs陽極在1 mA cm^-2電流條件下保持了超過3500小時(shí)的出色循環(huán)壽命。值得注意的是，改性Zn||Cu電池的平均CE值也有所提高（99.32%）。此外，與裸鋅全電池相比，組裝的Zn@F-CDs||NH₄V₄O₁₀全電池的電化學(xué)性能也有所提高。毫無疑問，構(gòu)建疏水和親鋅性F-CDs材料是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定鋅陽極的有效方法。

圖3.?全電池性能

Multifunctional Fluorinated Carbon Dots Artificial Interface Layer Coupled with in-situ Generated Zn2+ Conductor Interlayer Enable Ultra-stable Zn Anode. Nano Energy 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.109053

3. 孫靖宇/陶新永AM：富含無機(jī)物的SEI助力無枝晶高倍率鉀金屬電池

鉀金屬電池是未來能源儲(chǔ)存的理想選擇。然而，其應(yīng)用卻受到陽極側(cè)枝晶的困擾，這會(huì)導(dǎo)致形成脆弱的固體電解質(zhì)界面相（SEI）和集流體上不均勻的鉀沉積。

圖1.?通過Al的雙重改性設(shè)計(jì)定制SEI成分

蘇州大學(xué)孫靖宇、浙江工業(yè)大學(xué)陶新永等展示了以直接生長的摻氮石墨烯表皮為修飾的三維多孔框架鋁集流體（NG@P-Al）的雙重改性設(shè)計(jì)。研究顯示，由于摻雜碳和鋁之間的電負(fù)性差異，鋁基板上的電子密度會(huì)降低，從而導(dǎo)致集流體費(fèi)米級(jí)位置降低，這將導(dǎo)致電子優(yōu)先向電解液鹽而不是溶劑傳輸，從而形成富含無機(jī)物的 SEI。

此外，對(duì)NG@P-Al集流體進(jìn)行幾何和化學(xué)改性可確保改善親電性，從而輕松降低鉀金屬的成核障礙。這種穩(wěn)定的富無機(jī)SEI結(jié)構(gòu)已通過高分辨率冷凍-TEM檢測得到確定，其形成機(jī)制也通過各表征得到揭示。

圖2.?鉀金屬的電化學(xué)沉積行為

由此產(chǎn)生的SEI能夠加速離子傳導(dǎo)并引導(dǎo)鉀的均勻沉積。與使用典型的鋁集流體組裝的鉀金屬電池相比，基于這種設(shè)計(jì)的集流體的電池實(shí)現(xiàn)了更高的倍率能力（在50 mA cm^-2下維持400小時(shí)）和低溫耐久性（在-50℃下穩(wěn)定運(yùn)行）。此外，該工作設(shè)計(jì)的集流體可規(guī)?；a(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)高安全性鉀金屬電池的可持續(xù)制造，并有可能降低制造成本。

圖3.?基于原始和改性集流體的電化學(xué)性能

Dendrite-free And High-Rate Potassium Metal Batteries Sustained by An Inorganic-Rich Sei. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202306992

4. 王永剛/劉海梅AFM：面向?qū)嶋H應(yīng)用的3D打印高面容量柔性鋅離子微型電池

印刷鋅離子微型電池（PZIMBs）具有微型化、可定制和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等特點(diǎn)，因此在柔性電子設(shè)備領(lǐng)域大有可為。然而，目前PZIMBs的發(fā)展受到其有限面容量的嚴(yán)重阻礙。

圖1.?P-NVO陰極材料的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能

復(fù)旦大學(xué)王永剛、上海電力學(xué)院劉海梅等基于三維打印技術(shù)，通過優(yōu)化材料特性、電極油墨配方和打印參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了高面容量的PZIMB。實(shí)驗(yàn)顯示，陰極材料-聚乙烯吡咯烷酮誘導(dǎo)的釩酸銨（P-NVO）納米帶在0.1 mA g^-1的條件下顯示出457.3 mAh g^-1的高容量，同時(shí)具有良好的循環(huán)性能和倍率能力。由交聯(lián)聚丙烯酰胺-聚乙烯吡咯烷酮（PAM-PVP水凝膠電解質(zhì)）組成的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠電解質(zhì)具有出色的離子電導(dǎo)率（107.22 mS cm^-1）、高伸展性（970%）和粘度。

圖2.?3D打印鋅離子微型電池的結(jié)構(gòu)

所構(gòu)建的PZIMB在0.5 mA cm^-2的條件下具有4.02 mAh cm^-2的高電容，同時(shí)還具有良好的機(jī)械柔韌性。此外，通過將PZIMB與壓力傳感器集成，這項(xiàng)工作開發(fā)出了一種類似于電子皮膚的交互系統(tǒng)，這種集成實(shí)現(xiàn)了可穿戴設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用?？傮w而言，這項(xiàng)研究提出了一種制備高面容量PZIMB的新方法，有助于推動(dòng)柔性儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。

圖3.?集成設(shè)備

3D Printed Flexible Zinc Ion Micro-Batteries with High Areal Capacity Toward Practical Application. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202310966

5. AEM：固體增塑劑結(jié)合PEO基聚合物電解質(zhì)助力高可靠性鋰金屬電池

為了應(yīng)對(duì)固態(tài)聚合物電解質(zhì)所帶來的挑戰(zhàn)，阻燃性有機(jī)離子塑料晶體（OIPC）已被用作復(fù)合聚合物電解質(zhì)（CPE）中的固體增塑劑。

圖1.?材料制備及表征

韓國大邱慶北科學(xué)技術(shù)院Eunhui Kim、Hasan Jamal、Injun Jeon、Jae Hyun Kim、慶北大學(xué)Sang-Eun Chun等采用1-丁基-2,3-二甲基咪唑溴化物（BMI-Br）作為有機(jī)離子塑料晶體（OIPC）材料。具體而言，BMI-Br和LiTFSI先在乙腈（ACN）有機(jī)溶劑中混合一段時(shí)間，陰離子交換在這種混合中發(fā)生，結(jié)果TFSI- 取代BMI-Br中的Br-。因此，形成了BMI-TFSI和Li-Br。在這里，BMI-TFSI起著離子液體的作用，而Li-Br則起著鹽的作用。

圖2.?BMI-Br-10的電化學(xué)性質(zhì)

研究顯示，BMI-Br含量為10%（BMI-Br-10 CPE）具有顯著的離子導(dǎo)電性（σ = 2.34×10^-3 S cm^-1，30℃）、寬電壓窗口（高達(dá)4.57 V）和阻燃性。采用BMI-Br-10 CPE的對(duì)稱鋰電池在100 μA cm^-2和300 μA cm^-2下的穩(wěn)定循環(huán)時(shí)間分別為800小時(shí)和500小時(shí)，且無明顯的過電位擊穿。

此外，在60℃下，基于BMI-Br-10 CPE 的LiFePO4/BMI-Br-10/Li電池在1C下顯示出146.9 mAh g^-1 的初始容量、以及循環(huán)300次后99.7%的容量保持率和99.5%的高庫侖效率。

圖3.?電化學(xué)性能研究

Functionality of 1-Butyl-2,3-Dimethylimidazolium Bromide (BMI-Br) as a Solid Plasticizer in PEO-Based Polymer Electrolyte for Highly Reliable Lithium Metal Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202301674

6. 徐立強(qiáng)/周國偉/何妍妍AEM：核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)協(xié)同硒空位工程實(shí)現(xiàn)超穩(wěn)定儲(chǔ)鈉

SnSe₂是一種很有前景的鈉離子電池（SIBs）正極材料，但它仍然面臨著緩慢的Na⁺擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)和嚴(yán)重的體積變化問題，這導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性和倍率能力不理想。構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)是提高SnSe₂儲(chǔ)存Na⁺的有效策略。

圖1.?蛋黃殼SnSe₂/NiSe₂@NC納米復(fù)合材料的制備和結(jié)構(gòu)示意

山東大學(xué)徐立強(qiáng)、齊魯工業(yè)大學(xué)周國偉、何妍妍等通過一種簡便的水熱工藝和硒化策略，精確地設(shè)計(jì)出了一種具有豐富硒空位的SnSe₂/NiSe₂異質(zhì)面蛋黃殼納米結(jié)構(gòu)（SnSe₂/NiSe₂@NC）。實(shí)驗(yàn)研究和理論計(jì)算結(jié)果證實(shí)，異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面和硒空位加快了電荷和Na⁺的轉(zhuǎn)移效率，提高了Na⁺的吸附能，并提供了充足的活性位點(diǎn)。此外，蛋黃殼納米結(jié)構(gòu)和摻氮的碳緩沖了鈉儲(chǔ)存過程中的體積變化，提高了電極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

圖2.?SnSe₂/NiSe₂@NC負(fù)極的電化學(xué)性能

因此，在鈉離子電池中使用時(shí)，SnSe₂/NiSe₂@NC負(fù)極材料具有出色的長期循環(huán)穩(wěn)定性（在1.0、2.0和3 A g^-1條件下循環(huán)3000、5000和7500 次后，比容量分別為365.5、337.6和322.7 mAh g^-1）。

此外，Na₃V₂(PO₄)₃@rGO//SnSe₂/NiSe₂@NC 全電池也成功組裝，并表現(xiàn)出令人滿意的電化學(xué)性能?？傮w而言，該研究為合理設(shè)計(jì)用于高效鈉離子電池的異質(zhì)結(jié)構(gòu)負(fù)極材料提供了有效途徑。

圖3.?動(dòng)力學(xué)研究

SnSe2/NiSe2@N-Doped Carbon Yolk-Shell Heterostructure Construction and Selenium Vacancies Engineering for Ultrastable Sodium-Ion Storage. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202302901

7. 溫州大學(xué)侴術(shù)雷Angew：FEC對(duì)雙離子電池在PC電解液中穩(wěn)定性的影響

鈉雙離子電池（Na-DIBs）因其高工作電壓和低成本原材料而受到越來越多的關(guān)注。然而，Na-DIBs的實(shí)際應(yīng)用仍然受到容量低和庫侖效率差等問題的阻礙，而這些問題與電極和電解液之間的相容性密切相關(guān)，但卻很少有人對(duì)此進(jìn)行研究。

圖1.?Sb||Na和石墨||Na半電池的電化學(xué)性能

溫州大學(xué)侴術(shù)雷等以銻和石墨分別作為陽極和陰極，研究了含有氟代碳酸乙烯酯（FEC）添加劑的電解液中Na- DIBs的電化學(xué)性能。與不含F(xiàn)EC的電解液（1 M NaPF₆-碳酸丙烯酯(PC)）相比，作者發(fā)現(xiàn)加入FEC添加劑（5 wt.%）可促進(jìn)陰極和陽極上富含NaF的無機(jī)電極電解質(zhì)界面的形成，并改變PF₆-陰離子的溶劑化行為。這種改性不僅有效抑制了NaPF₆鹽和PC溶劑的過度分解，還促進(jìn)了PF₆-陰離子在石墨陰極中的插層。

圖2.?電極電解質(zhì)界面的表征

因此，所設(shè)計(jì)的Sb|||石墨全電池在50次循環(huán)后可實(shí)現(xiàn)58.5 mAh g^-1的高放電比容量，容量保持率達(dá)93.1%（相比之下，采用基礎(chǔ)電解液的電池的容量保持率為79.7%）。此外，該電池的能量密度為194.95 Wh kg^-1（基于陰極和陽極活性材料的重量），功率密度為157.78 W kg^-1。這項(xiàng)工作為高性能Sb|||石墨Na-DIBs提供了一種簡單的添加劑工程。

圖3.?Sb|||石墨全電池性能

Insight into the Role of Fluoroethylene Carbonate on the Stability of Sb||Graphite Dual-Ion Batteries in Propylene Carbonate-Based Electrolyte. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202313142

8. 北理趙永杰/李磊AFM：抑制鈉離子電池錳基磷酸鹽正極中的Jahn-Teller效應(yīng)

錳基磷酸鹽正極具有可靠的元素豐度、低毒性和理想的循環(huán)性能，是開發(fā)先進(jìn)鈉離子電池的理想候選材料。然而，Mn³⁺的協(xié)同Jahn–Teller效應(yīng)不可避免地會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)紊亂和不可逆相變，從而極大地?fù)p害可逆容量、倍率和循環(huán)性能。

圖1.?理論計(jì)算

北京理工大學(xué)趙永杰、李磊等通過計(jì)算預(yù)測并成功合成了一種高性能NASICON型錳基磷酸鹽鈉離子正極。通過光譜、結(jié)構(gòu)和理論研究，作者發(fā)現(xiàn)Na₃MnHf(PO₄)₃正極的Na⁺儲(chǔ)存機(jī)制包括相關(guān)的固溶反應(yīng)和雙相反應(yīng)。

此外，原位XRD分析表明，在Na⁺提取/插入過程中，Na₃MnHf(PO₄)₃正極的框架堅(jiān)固，體積變化很小，僅為1.9%，這證明其抑制了不利的Jahn–Teller 效應(yīng)。

圖2.?Na₃MnHf(PO₄)₃正極的電化學(xué)性能

實(shí)驗(yàn)顯示，Na₃MnHf(PO₄)₃正極通過Mn²⁺/Mn³⁺和Mn³⁺/Mn⁴⁺偶聯(lián)的氧化還原作用發(fā)生雙電子反應(yīng)，在0.1 C時(shí)的可逆容量為90 mA h g^-1，并具有優(yōu)異的倍率能力（在10 C下的2500次循環(huán)后的容量保持率為85.4%）。通過深入了解如何抑制Jahn–Teller效應(yīng)，這項(xiàng)工作為解決錳基聚陰離子正極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題提供了一些有價(jià)值的指導(dǎo)。

圖3.?充放電過程中的結(jié)構(gòu)演變

Improving Rate Performance by Inhibiting Jahn–Teller Effect in Mn-Based Phosphate Cathode for Na-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202310248