1. Angewandte Chemie International Edition：用于快速陰離子存儲(chǔ)的供體-受體 (DA) 共軛聚合物

近年來，有機(jī)電極材料引起了電池領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。然而，它們?nèi)源嬖陔姌O電位低、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)慢和循環(huán)壽命短等問題。

在此，華中科技大學(xué)王成亮團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種通過使用二氫吩嗪（PZ）和噻蒽（TT）的共聚物（p-TTPZ）來制造供體-受體（DA）共軛聚合物以促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移，從而加速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的策略。

具體而言， DA共軛聚合物作為p型正極可以存儲(chǔ)陰離子并表現(xiàn)出高放電電壓（分別為3.82 V和3.16 V的兩個(gè)平臺(tái)），在0.1 A g^-1時(shí)可逆容量為152 mAh g^-1，具有優(yōu)異的倍率性能。10 A g^-1(~50C)時(shí)具有 124.2 mAh g^-1的高容量和出色的循環(huán)性能。結(jié)果顯示，p-TTPZ//石墨全電池表現(xiàn)出高輸出電壓（3.26 V）、0.05 A g^-1 的放電比容量為139.1 mAh g^-1 和優(yōu)異的倍率性能。

圖1. DFT計(jì)算

總之，該工作報(bào)道了一種由二氫吩嗪 (PZ) 和噻蒽 (TT) 單元組成的共聚物 (p-TTPZ)。雖然它們都是p型單體，但PZ和TT的結(jié)合導(dǎo)致了電荷轉(zhuǎn)移。計(jì)算得出的 p-TTPZ 的 HOMO 和 LUMO 分別位于 PZ 和 TT 單元上方，表明 PZ 和 TT 分別充當(dāng)供體和受體。

與對(duì)應(yīng)的均聚物p-DPPZ和p-PATT相比，具有D-A分子結(jié)構(gòu)的p-TTPZ正極具有更窄的帶隙和更高的電導(dǎo)率，有利于電荷傳輸并加速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，從而具有優(yōu)異的倍率性能。因此，該項(xiàng)工作為通過分子設(shè)計(jì)開發(fā)高性能有機(jī)電極材料提供了一種新的策略，并為高能量密度有機(jī)電池鋪平道路。

圖2. 電池性能

A donor-acceptor (D-A) conjugated polymer for fast storage of anions， Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202317393

2. Journal of Materials Chemistry A：醚基電解質(zhì)溶劑氟化度對(duì)鋰金屬電池性能的影響

研究證明，使用氟化溶劑的電解質(zhì)可以通過陰離子和氟化溶劑分子的分解形成堅(jiān)固的固體電解質(zhì)界面，從而有效提高鋰金屬電池的循環(huán)壽命。

在此，美國斯坦福大學(xué)鮑哲南教授、崔屹教授以及秦健教授等人通過調(diào)節(jié)醚基電解質(zhì)溶劑的氟化度來研究其在鋰金屬電池中的性能。具體而言，作者通過在 1,2-二乙氧基乙烷 (DEE) 的一個(gè)乙氧基上連接一氟取代基并改變另一個(gè)乙氧基上的氟化度，從而提供三種氟化 DEE 溶劑分子（即 F1F0、F1F1 和 F1F2）。

與之前的高度氟化DEE 電解質(zhì)相比，三種電解質(zhì)均表現(xiàn)出更高的溶劑化強(qiáng)度和離子電導(dǎo)率，同時(shí)保持良好的氧化穩(wěn)定性。鋰金屬負(fù)極和富鎳正極的全電池測試表明，較高的氟化程度有利于循環(huán)性能，循環(huán)穩(wěn)定性遵循F1F0 < F1F1 < F1F2。其中F1F0 由于其對(duì)負(fù)極和正極的不穩(wěn)定性而表現(xiàn)出較差的循環(huán)穩(wěn)定性。雖然 F1F1 和 F1F2 對(duì)鋰金屬負(fù)極都表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，其中 F1F1 和 F1F2 實(shí)現(xiàn)80% 的容量保留時(shí)的循環(huán)次數(shù)分別為約 20 和約 80 。最后，作者證明 F1F2 在實(shí)際磷酸鐵鋰 (LFP) 軟包電池中能夠?qū)崿F(xiàn) 90 次循環(huán)后才能達(dá)到 80% 的容量保持率。

圖1. Li||NCM811全電池性能

總之，該工作通過調(diào)節(jié)醚基電解質(zhì)中溶劑的氟化度進(jìn)而調(diào)整溶劑化強(qiáng)度和長期氧化穩(wěn)定性。結(jié)果顯示，低氟化度呈現(xiàn)相對(duì)較強(qiáng)的溶劑化作用，但氧化穩(wěn)定性較差，且可通過增加氟化度以犧牲溶劑化強(qiáng)度為代價(jià)來提高氧化穩(wěn)定性。在氟化度相對(duì)較低的醚溶劑中，F(xiàn)1F0對(duì)鋰金屬負(fù)極和NMC正極的穩(wěn)定性特別差。

雖然 F1F1 和 F1F2 顯示出相當(dāng)?shù)恼龢O穩(wěn)定性，但 F1F2 具有更好的負(fù)極穩(wěn)定性，因此增強(qiáng)了電池的循環(huán)性能。該系列電解質(zhì)的性能并不優(yōu)于之前所報(bào)道的FDEE電解質(zhì)，但改進(jìn)的離子電導(dǎo)率有利于具有較低過電勢的電池系統(tǒng)的高電流密度（> 1 mAh/cm²）。因此，該項(xiàng)工作表明調(diào)節(jié)電解質(zhì)溶劑氟化度的重要性，并且該方法適用于各種正極材料。

圖2. 鋰金屬半電池循環(huán)分析

Impact of Fluorination Degree of Ether-Based Electrolyte Solvent on Li-metal Battery Performance，Journal of Materials Chemistry A 2023 DOI: 10.1039/d3ta05535c

3. Advanced Functional Materials：LiZn/Li₂O 誘導(dǎo)化學(xué)限制實(shí)現(xiàn)無枝晶鋰金屬負(fù)極

盡管不可控的鋰枝晶生長會(huì)縮短鋰金屬負(fù)極的循環(huán)壽命，但鋰金屬已被認(rèn)為是下一代高能鋰金屬電池的潛在負(fù)極候選者。

在此，西安理工大學(xué)李喜飛團(tuán)隊(duì)通過基于原子層沉積的親鋰 ZnO 誘導(dǎo)化學(xué)限制，原位生成 LiZn/Li₂O 陣列，制備了無枝晶鋰金屬負(fù)極。其中，均勻分布的LiZn和Li₂O相組成的陣列，具有有利的Li擴(kuò)散勢壘；親鋰Li₂O相保證了Li優(yōu)先均勻成核。同時(shí)，電子導(dǎo)電的 LiZn 相確保了整個(gè)結(jié)構(gòu)中電子的高效傳輸。

?因此，LiZn/Li₂O衍生的化學(xué)限制能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的鋰沉積。?所制備的鋰金屬負(fù)極在對(duì)稱電池中在 15 mA cm^?2 時(shí)呈現(xiàn) <45 mV 的過電勢。此外，具有 LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ (NCM622) 正極的全電池具有更好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

圖1. LiZn/Li₂O誘導(dǎo)化學(xué)限制促進(jìn)均勻鋰沉積機(jī)制

總之，該工作通過鋰吸附能計(jì)算和熔鋰實(shí)驗(yàn)研究了鋅基化合物中非金屬元素（O、S、Se）對(duì)鋰親和性的影響。結(jié)果表明，ZnO的親鋰性優(yōu)于 ZnS 和 ZnSe。通過精確的 ZnO ALD 和隨后的熔融鋰注入，開發(fā)了高性能 CC@ZnO@Li 復(fù)合負(fù)極。由 ZnO 化學(xué)轉(zhuǎn)化原位形成的 LiZn/Li₂O 構(gòu)型誘導(dǎo) Li₂O親鋰位點(diǎn)上的定向 Li 沉積，從而促進(jìn)更均勻的 Li 沉積并保證有效的電荷轉(zhuǎn)移。

因此，LiZn/Li₂O誘導(dǎo)的化學(xué)限制不僅可以防止不可控鋰枝晶的形成，而且可以在電化學(xué)循環(huán)過程中穩(wěn)定CC@ZnO@Li負(fù)極的結(jié)構(gòu)和電解質(zhì)/負(fù)極界面。所制備的 CC@ZnO@Li 負(fù)極分別在對(duì)稱電池和全電池中提供了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。該項(xiàng)工作所提出的該種可行且簡便的策略對(duì)于高功率鋰金屬電池的開發(fā)非常有益。

圖2. 電池性能

LiZn/Li2O Induced Chemical Confinement Enabling Dendrite-Free Li-Metal Anode， Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202310143

4. Energy Storage Materials：具有選擇性鋅離子通道的雙網(wǎng)絡(luò)保護(hù)層實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定鋅負(fù)極

可充電水系鋅離子電池（AZIB）的發(fā)展受到不可控枝晶生長和鋅金屬負(fù)極上的有害副反應(yīng)等限制。

在此，西安交通大學(xué)王鵬飛，劉夢婷等人在鋅負(fù)極上構(gòu)建了雙網(wǎng)絡(luò)瓊脂糖-聚丙烯酰胺（AG-PAM）凝膠，以形成環(huán)保的固態(tài)電解質(zhì)保護(hù)層。具體而言，該策略促進(jìn)了[Zn(H₂O)₆]²⁺團(tuán)簇的脫溶，并通過選擇性Zn²⁺均勻鋅離子通量，人工 AG-PAM 雙網(wǎng)水凝膠不僅抑制了不可逆的副反應(yīng)，還實(shí)現(xiàn)了均勻鋅沉積。因此，AG-PAM/Zn||AG-PAM/Zn 對(duì)稱電池在 1 mA cm^-2/1 mA h cm^-2 的條件下可實(shí)現(xiàn)超過 3500 小時(shí)的超長循環(huán)壽命。

此外，AG-PAM/Zn|||Zn_0.09Mg_0.09V₂O₅全電池在1 A g^-1條件下循環(huán)250次后，容量達(dá)到240.8 mA h g^-1，而裸Zn全電池在循環(huán)100次后會(huì)迅速失效，相比之下，AG-PAM/Zn|||Zn_0.09Mg_0.09V₂O₅全電池的循環(huán)穩(wěn)定性更強(qiáng)。

圖2. 界面動(dòng)力學(xué)

總之，該工作構(gòu)建了一種由親水性 AG-PAM 凝膠組成的簡單且環(huán)保的界面層，以提高 AZIBs 中鋅負(fù)極的穩(wěn)定性。由于AG-PAM/Zn電極中瓊脂糖與Zn²⁺的強(qiáng)相互作用，Zn²⁺可以通過選擇性Zn²⁺通道更好地被捕獲并遷移到Zn金屬上，很大程度上均勻化Zn²⁺通量并促進(jìn)Zn金屬的均勻沉積。由于Zn表面雙網(wǎng)絡(luò)保護(hù)層的限域作用，自由水分子的擴(kuò)散也被有效限制，抑制了不可逆的副反應(yīng)。

因此，對(duì)稱AG-PAM/Zn||AG-PAM/Zn電池在1 mA cm^?2/1 mA h cm^?2下表現(xiàn)出超過3500小時(shí)的超長循環(huán)壽命。此外，配對(duì)的 AG-PAM/Zn||ZMVO 全電池在 1 A g^?1 下循環(huán) 250 次后，具有增強(qiáng)的循環(huán)性能，容量為 240.8 mA hg^?1。因此，該項(xiàng)工作為開發(fā)水凝膠保護(hù)層以實(shí)現(xiàn)AZIBs的實(shí)際應(yīng)用提供了新的視角。

圖2. 全電池性能

Selective Zn-ion channels enabled by a double-network protective layer for stable zinc anode， Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103113

5. ACS Energy Letters：實(shí)現(xiàn)鎂金屬負(fù)極的平面沉積/剝離行為

研究表明，即使在電流密度極低（0.01 mA cm^-2）的情況下，使用聚烯烴隔膜，鎂（Mg）金屬電池也容易發(fā)生短路。事實(shí)證明，由基底的高晶格失配引起的島狀鎂沉積是造成電池短路的罪魁禍?zhǔn)住?/span>

在此，中國科學(xué)院青島生物能源與過程所崔光磊、杜奧冰，中國海洋大學(xué)孫明亮等人利用精心修飾的三維（3D）基板與鎂金屬的（0001）面表現(xiàn)出低晶格失配和豐富的親鎂位點(diǎn)，在大面積容量（4 mAh cm^-2）和薄聚丙烯隔膜（25 μm）實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的充放電。結(jié)果表明，建立逐層平面生長模型和3D親鎂基底的設(shè)計(jì)策略將加速鎂金屬電池的商業(yè)化。

圖1. 結(jié)構(gòu)表征

總之，作為一種滿足完美晶格匹配的負(fù)極材料，單晶鎂金屬可以誘導(dǎo)均勻的鎂沉積，而無需額外的結(jié)構(gòu)和界面改性。然而，塊狀鎂負(fù)極的不均勻剝離行為會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的沉積不均勻，這仍嚴(yán)重威脅電池的安全。

為了解決上述問題，該工作采用了具有低晶格失配和高表面能的低成本3D親鎂主體（Ni(OH)₂@CC）。受益于Ni(OH)₂@CC優(yōu)異的外延Mg沉積和抵抗不均勻剝離的能力，使用高負(fù)載Mo₆S₈正極的全電池表現(xiàn)出穩(wěn)定的長循環(huán)性能。因此，該工作深入探討了鎂電池中無枝晶沉積行為引起的短路現(xiàn)象，并提出了一種行之有效的解決方案，為鎂金屬負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用指明了方向。

圖2. 電池性能

Achieving Planar Electroplating/Stripping Behavior of Magnesium Metal Anode for a Practical Magnesium Battery，ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c02058

6. Journal of Energy Chemistry：邊緣和鋰濃度對(duì)石墨負(fù)極插層動(dòng)力學(xué)的影響

石墨界面是鋰離子電池（LIB）負(fù)極的重要組成部分，顯著影響鋰嵌入動(dòng)力學(xué)。

在此，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院彭超，南安普頓大學(xué)Denis Kramer等人通過第一原理計(jì)算，全面探討了高鋰濃度時(shí)石墨非基底邊緣附近鋰插層和鋰擴(kuò)散的能量學(xué)和動(dòng)力學(xué)問題。

研究發(fā)現(xiàn)，表面效應(yīng)在第二階段依然存在，使得鋰與邊緣位點(diǎn)緊密結(jié)合。其中”之”字形邊緣的獨(dú)特表面在石墨負(fù)極鋰化初期會(huì)顯著影響和限制充電速率，但隨著鋰化程度的增加，這種影響會(huì)逐漸減弱。在高電荷狀態(tài)下，由于電荷排斥作用，Li從 LiC₆ 的人字形邊緣跳轉(zhuǎn)到塊狀位點(diǎn)的擴(kuò)散時(shí)間較長。因此，在這一階段有效控制鋰的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)對(duì)于提高電荷率至關(guān)重要。

圖1. Li吸附的電荷密度差

總之，該工作利用第一性原理計(jì)算全面研究邊緣 GIC 中鋰濃度對(duì)鋰嵌入的影響。對(duì)II期 (LiC1₂) 和I期 (LiC₆) GIC中Li和Li空位的能量學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了全面討論，得出以下結(jié)論：首先，在 LiC1₂ 中石墨烯片邊緣附近的獨(dú)特表面狀態(tài)相對(duì)于原始石墨，其表面狀態(tài)大大降低。此外，LiC1₂ 和 LiC₆ GIC 的鋰化層中的 Li空位擴(kuò)散預(yù)計(jì)與 LiC1₂ 空層中的 Li 擴(kuò)散具有相同的數(shù)量級(jí)。最后，可調(diào)節(jié)的層間距對(duì) LiC1₂ 中快速 Li空位擴(kuò)散的擴(kuò)散勢壘有顯著影響。

相反，LiC1₂ 空層中層間距離的減小增加了擴(kuò)散勢壘并減慢了 Li 擴(kuò)散。因此，在高鋰化程度下，預(yù)計(jì)兩個(gè)邊緣對(duì)鋰的吸收/釋放的貢獻(xiàn)相同，而在低鋰化程度下，扶手椅邊緣將占主導(dǎo)地位。

圖2. LiC1₂ GIC 空層中的 Li 擴(kuò)散

Edge and lithium concentration effects on intercalation kinetics for graphite anodes，Journal of Energy Chemistry 2023 DOI: 10.1016/j.jechem.2023.11.036

7. Advanced Energy Materials：良好的溶劑化和高惰性的不對(duì)稱氟化電解質(zhì)分子設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鋰金屬電池

電解質(zhì)分子工程，尤其是對(duì)稱氟化電解質(zhì)分子，被認(rèn)為是解決傳統(tǒng)非氟化電解質(zhì)分子穩(wěn)定性不足，從而穩(wěn)定高能量鋰金屬電池（LMB）的有效方法。然而，對(duì)稱氟化電解質(zhì)分子的弱溶解性和低離子電導(dǎo)率，以及電解質(zhì)衍生的低離子電導(dǎo)率不穩(wěn)定中界面的形成，是限制對(duì)稱氟化電解質(zhì)應(yīng)用于提高鋰金屬電池性能的主要挑戰(zhàn)。

在此，山東大學(xué)陳皓、劉宏、桑元華等人提出了一種非對(duì)稱氟化電解液分子設(shè)計(jì)，將分子一側(cè)的高惰性氟化結(jié)構(gòu)與另一側(cè)的強(qiáng)溶劑化的非氟化結(jié)構(gòu)相結(jié)合，因此，該電解液成分綜合了對(duì)稱氟化和非氟化電解液的優(yōu)、缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高性能鋰金屬電池。

該工作利用三種具有代表性的分子展示了電解液設(shè)計(jì)原理，包括傳統(tǒng)的非氟化的酸二乙酯(noneF-DEC)，不對(duì)稱氟化的（2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(asymF-DEC)，對(duì)稱氟化二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(symF-DEC)。其中，asymF-DEC 電解液具有與noneF-DEC 電解液類似的強(qiáng)溶劑化能力和高離子電導(dǎo)率。同時(shí)，asymF-DEC 電解液還具有 symF-DEC 電解液的高穩(wěn)定性和阻燃性。此外，symF-DEC 中的不對(duì)稱氟化分子設(shè)計(jì)還形成了 LiF&Li₂O 復(fù)合負(fù)極界面（SEI） 和富含 LiF 的正極界面（CEI）結(jié)構(gòu)，從而有利于正極和負(fù)極的穩(wěn)定性。

圖1. 電解質(zhì)的溶劑化結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)演變

總之，該工作提出了一種不對(duì)稱氟化電解質(zhì)分子設(shè)計(jì)，它結(jié)合了不對(duì)稱氟化電解質(zhì)和非氟化電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)彌補(bǔ)了它們的局限性。此外，不對(duì)稱氟化碳酸酯電解質(zhì)中烷基的另一側(cè)沒有氟化，因此具有與非氟化電解質(zhì)類似的溶解能力和高離子導(dǎo)電性，克服了對(duì)稱氟化電解質(zhì)的低離子導(dǎo)電性問題。

這種不對(duì)稱氟化電解質(zhì)還有助于建立穩(wěn)定、高離子電導(dǎo)率、溶劑和鹽共衍生的相，從而成功地保護(hù)負(fù)極和正極，解決了非氟化和對(duì)稱氟化電解質(zhì)的界面問題。使用這種對(duì)稱氟化電解質(zhì)的鋰金屬負(fù)極庫侖效率高達(dá) 98.97%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了對(duì)稱氟化和非氟化電解質(zhì)。

因此，該種新型非對(duì)稱氟化電解質(zhì)分子設(shè)計(jì)不僅能為高性能鋰金屬電池電解質(zhì)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系提供基礎(chǔ)性的理解，還能為未來多種電化學(xué)反應(yīng)體系提供一種廣闊前景。

圖2. 電池性能

Asymmetrically-Fluorinated Electrolyte Molecule Design for Simultaneous Achieving Good Solvation and High Inertness to Enable Stable Lithium Metal Batteries，Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202303652

8. Energy Storage Materials：高性能插層復(fù)合固體電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定鋰金屬電池

復(fù)合固體電解質(zhì)（CSE）結(jié)合了無機(jī)和有機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，與電極的界面良好，有望成為最有前途的固體電解質(zhì)。然而，室溫離子電導(dǎo)率較低限制了 CSE 在鋰金屬電池中的應(yīng)用。

在此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)王殿龍，王博等人設(shè)計(jì)了一種基于聚（偏二氟乙烯-六氟丙烯）（PVDF-HFP）的插層CSE。高嶺土 (2SiO₂-Al₂O₃-2H₂O) 用作氧化阻燃劑，賦予材料不可燃性。作為預(yù)插層處理，將極性分子二甲亞砜 (DMSO) 插入高嶺土層之間，作為基于 PVDF-HFP SPE 中的有機(jī)添加劑。CSE的插層結(jié)構(gòu)提供了快速的Li⁺傳輸通道，從而在室溫下具有高離子電導(dǎo)率（8.58 × 10^?4 S cm^?1）和Li⁺遷移數(shù)。

本研究采用 CSE 的 Li||Li 對(duì)稱電池在 0.2 mA cm^?2 的電流密度和 0.2 mAh cm^?2 的容量下表現(xiàn)出超過 1400 小時(shí)的出色循環(huán)穩(wěn)定性。此外，組裝的Li||LiFePO₄電池具有140.5 mAh g^?1的高初始容量，在 0.5 C 下循環(huán) 800 次后容量保持率為 81.2%。

圖1. PLD-KAO的電化學(xué)特性

總之，該工作制備的插層CSE 具有高室溫離子電導(dǎo)率和Li⁺遷移數(shù)。結(jié)果顯示，制備的PLD-KAO CSE表現(xiàn)出高室溫離子電導(dǎo)率（8.58 × 10 ^?4 S cm^?1），組裝的Li||LiFePO₄電池表現(xiàn)出113.8 mAh g^?1的優(yōu)異容量（0.5 C）。為了評(píng)估與鋰負(fù)極的兼容性，組裝的鋰對(duì)稱電池表現(xiàn)出優(yōu)異的抗鋰枝晶生長能力（CCD = 1.0 mA cm^?2），并且在 0.2 mA cm^?2下穩(wěn)定循環(huán) 1400 小時(shí)。

此外，PLD-KAO CSE 由于含有高嶺土，因此表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能。PLD-KAO CSE具有更長的循環(huán)穩(wěn)定性和更高的安全水平，為高性能固態(tài)鋰金屬電池的發(fā)展提供了新的途徑和方向。

圖2. 電池性能

High-performance intercalated composite solid electrolytes for lithium metal battery，Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103109