1. 范修林/范利武Nat. Commun.：解讀SEI是如何影響高氟電解液中的Li沉積

電解液工程通過構建富含LiF的固體電解質間相（SEI）來實現具有高庫侖效率（CE）的鋰金屬電池（LMBs）。然而，LiF的低導電性會擾亂Li⁺在SEI中的擴散，從而誘發了Li⁺轉移驅動的樹枝狀沉積。

浙江大學范修林、范利武等建立了一個機械模型，以解讀SEI是如何影響高氟電解液中的Li沉積。

圖1 LMB中的鋰沉積模型

所提出的理論描述了容量損失和電流密度之間的線性關系，以確定斜率k（由SEI成分的Li⁺流動性決定）作為描述整個SEI的Li⁺通量均勻性的指標，而截距決定了電解液可以達到的最大CE。所提議的模型激發了雙鹵化物（F和Cl）電解液的設計，它們會在鋰金屬負極（LMA）上原位產生雙鹵化物（LiF_1-xCl_x）SEI。

圖2 不同電解液中鋰沉積行為的建模

結果，與LiF相相比，Cl摻雜使LiF_1-xCl_x相具有快速的Li⁺電導率，并在不影響機械穩定性的情況下降低了6倍的能量屏障。其有效性體現在鋰-銅電池的CE（>99.5%）和全電池循環壽命的延長（>200次）。特別是，使用雙鹵化物電解液的無負極Cu | |LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂軟包電池在實際水平上實現了>125次循環。因此，所提出的方案能夠從根本上理解和評估鋰的沉積，并為實現高能量的LMB開辟了一個可行的工程方法。

圖3 LMB的性能和表征

Tackling realistic Li⁺ flux for high-energy lithium metal batteries. Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-33151-w

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2. 楊劍/顧鑫AEM：高耐用性、超快速循環雙離子電池，20C壽命超3000次！

雙離子電池（DIBs）由于其低材料成本、高功率能力和環境友好性，在能源儲存方面顯示出良好的前景。然而，作為陰極的石墨總是受到結構破壞和電極/電解質界面不穩定的影響，這大大降低了其電化學性能。

山東大學楊劍、中國石油大學（華東）顧鑫等將三（三甲基硅）亞磷酸酯（TMSP）用作電解液添加劑加入，以改善電化學性能。

圖1 電化學性能

盡管TMSP曾經用于傳統的LIBs，但這項工作首次報道其作為DIBs的電解液添加劑。與LIBs的情況不同，在DIBs中跨越石墨正極電解質界面（CEI）層傳輸的是大的陰離子，而不是小的鋰離子。X射線光電子能譜（XPS）和ToF-SIMS表明，由TMSP分解產生的原位CEI層具有較少的LiF，但有較多的SiO-和PO₂-，表明TMSP有效地抑制了電解液鹽的分解，電解液的NMR也支持這一結果，在加入TMSP后，電解液鹽類的典型水解產物HF和P₂O₂F-大大減少。因此，電極的穩定性和反應的可逆性得到了改善。

圖2 TMSP的作用

同時，高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）和ToF-SIMS表明，TMSP衍生的CEI層是均勻和薄的，從而提高了電荷轉移的動力學。因此，由TMSP誘導的優異性能在石墨中得到證明，其顯示出超快的倍率能力（30C時≈96.8%）和超穩定的循環性能（10C時3000次循環后為92.5%，20C時3000次循環后為88.7%）。這些結果證明了石墨上的CEI層在DIBs中的巨大潛力。

圖3 CEI的表征

Highly Durable and Ultrafast Cycling of Dual-Ion Batteries via In Situ Construction of Cathode–Electrolyte Interphase. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202253

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3. 廣西大學何會兵AFM：構建金屬-分子界面獲得高可逆鋅金屬負極

水系鋅離子電池（AZIBs）由于其固有的安全、低成本和可擴展性等吸引人的特點，在大規模儲能系統中正受到越來越多的關注。不幸的是，水引起的寄生反應和鋅負極上的枝晶生長嚴重阻礙了AZIBs的進一步發展。

廣西大學何會兵等在ZnSO₄電解液中引入了一種硫脲添加劑（TU），構建了獨特的金屬-分子界面，以同時調節Zn負極界面的化學成分和體相電解液環境。

圖1 TU分子在Zn負極上的吸收行為

由于TU分子中的S原子與Zn金屬負極的Zn原子之間的強相互作用，形成了一個水排斥界面，以減少水與Zn金屬負極的反應性。此外，N和S元素上的長對電子賦予了TU良好的鋅親和力，能夠提供豐富的Zn²⁺配位，從而調節配位環境，并加速水合Zn(H₂O)₆²⁺的脫溶過程，進而提高鋅的沉積質量。這種獨特的金屬分子界面不僅可以作為腐蝕抑制劑抑制水引起的副反應，促進無腐蝕的鋅負極，而且還可以作為離子調節劑調節Zn²⁺的脫溶過程，實現無樹枝狀物的鋅負極。

圖2 含/不含TU的電解液中鋅的沉積行為

因此，Zn|Zn對稱電池在1 mA cm^-2、1mAh cm^-2的條件下表現出1200小時的延長壽命，在10 mA cm^-2的條件下表現出3000 mAh cm^-2的高累積容量。當與V₂O₅正極配對時，Zn|V₂O₅全電池在1 A g^-1的情況下循環1000次后，可實現76.0%的高容量保持。總體而言，這項工作為先進可充鋅金屬電池鋪設了一條調節鋅電極化學的新途徑。

圖3 全電池性能

Building Metal-Molecule Interface towards Stable and Reversible Zn Metal Anodes for Aqueous Rechargeable Zinc Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202206695

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4. 涂江平/王秀麗等AFM：揭示 Cl 取代對鋰硫銀鍺礦電解質的影響

全固態電池被認為是下一代儲能設備，可以滿足市場對高能量密度和安全性不斷增長的需求。固態電解質的離子傳導性和電化學穩定性是影響電池性能的兩個關鍵特性。

浙江大學涂江平、王秀麗、Yu Zhong等通過優化的結晶過程制備了一種富含Cl的鋰硫銀鍺礦，它具有高離子電導率，良好的枝晶抑制能力，以及增強的界面穩定性可防止分解。

圖1 材料合成及表征

具體而言，這項工作通過在不同的溫度（300-550℃）下對研磨好的粉末進行退火，合成了Li_5.5PS_4.5Cl_1.5硫銀鍺礦。研究顯示，450℃的低退火溫度適用于LPSCl1.5，以獲得具有8 mS cm^-1高離子電導率的純相，并且鋰硫銀鍺礦電解質的離子電導率受結晶度、S^2-/Cl^–無序度和雜質的影響，所有這些都可以通過退火過程進行控制。

圖2 對稱電池性能

增加LPSCl的Cl含量可以提高其枝晶抑制能力和陽極穩定性，這表現在臨界電流密度的提高和更穩定的鋰沉積/剝離性能。對鋰/電解質界面的AIMD模擬的RDF分析顯示，LPSCl1.5在原子尺度上擁有較高的抗分解穩定性。最后，采用LPSCl1.5作為電解質的全固態電池顯示了更好的電化學性能，這是因為LPSCl1.5具有高的離子傳導性，增強了陽極穩定性，并且與NCM正極的界面電阻較小。這項工作顯示了Cl摻雜帶來的硫銀鍺礦電解質的多重提升，為全固態電池電解質的選擇提供了重要指導。

圖3 全電池性能

Revealing the Impact of Cl Substitution on the Crystallization Behavior and Interfacial Stability of Superionic Lithium Argyrodites. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202207978

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5. 兩單位聯合Adv. Sci.：通過晶體表面工程增強多硫化物的吸附與催化轉化

鋰硫（Li-S）電池作為儲能系統有著巨大的前景，但臭名昭著的多硫化鋰（LiPSs）穿梭效應以及緩慢的硫轉化動力學困擾著其應用。

滑鐵盧大學陳忠偉、華南師范大學張永光、王新、金名亮等開發了獨特的Co₃O₄/N摻雜的還原氧化石墨烯（Co₃O₄/N-rGO）復合材料，作為鋰硫（Li-S）電池有利的硫固定劑和促進劑。

圖1 材料制備

所制備的Co₃O₄納米多面體（Co₃O_4-NP）和Co₃O₄納米立方體分別暴露出（112）和（001）表面，具有不同的Co²⁺/Co³⁺位點的原子結構。實驗和理論計算證實，具有不同氧化態的八面體配位Co³⁺（Co³⁺_Oh）位點與四面體配位Co²⁺位點相比，能優化多硫化鋰的吸附和催化轉化。特別是，負載在N-rGO上的Co₃O₄-NP晶體暴露出具有充足的Co³⁺_Oh活性位點的（112）平面，對多硫化物表現出更強的吸附性和卓越的催化活性，從而抑制了穿梭效應。

圖2 對多硫化物的吸附與催化

受益于上述優勢，S@Co₃O₄-NP/N-rGO正極具有優異的電化學性能，例如，具有穩定的循環能力，在1C下的500次循環中具有0.058%的低容量衰減率，具有3C的極佳倍率能力，以及4.1 mAh cm-2的高面積容量。總體而言，這種催化劑的設計結合了晶體表面工程和氧化狀態調節策略，為解決Li-S電池的復雜問題提供了新方法。

圖3 Li-S電池性能

Oxidation States Regulation of Cobalt Active Sites through Crystal Surface Engineering for Enhanced Polysulfide Conversion in Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202202352

6. 南郵Nano Energy：圖案化實現高可逆鋅金屬負極，10 mA/cm²下循環1200h

可充鋅離子水電池（ZIBs）已經成為電網規模儲能系統中最具潛力的技術之一。然而，在實際應用中，平面結構的鋅離子電池負極上不可控的枝晶生長和副反應嚴重困擾著人們，因此迫切需要開發有效的策略來穩定鋅負極。

南京郵電大學趙進、馬延文、謝燕楠等揭示了鋅枝晶的生長與鋅沉積過程中內應力積累密切相關，并設計和制備了一種具有圖案化微槽結構的鋅金屬負極，它可以有效釋放沉積引起的應力并抑制枝晶的生長。

圖1 材料制備及模擬

具體而言，作者在Zn/聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜上直接觀察到了應力誘導的Zn負極形態變化，這表明沉積誘導的應力與枝晶的生長密切相關。然后，進一步提出了一種微區應力緩和的途徑，即通過金屬網輔助在Zn金屬箔表面引入有序的溝槽（約30微米寬度和約25微米深度）來抑制Zn枝晶的生長，并適應大量的Zn沉積量。圖案化溝槽可以提供足夠的緩沖空間，有效地緩解沉積引起的應力積累。

圖2 對稱電池性能

值得一提的是，與Nafion薄膜涂層耦合的圖案化鋅負極可以有效抑制副反應，并在10 mA cm^-2的高電流密度下呈現1200小時的超穩定循環，并在1-20 mA cm^-2的倍率性能范圍內具有低電化學極化，以及在10 mA cm^-2和10 mAh cm^-2的深度放電/充電性能中具有穩定的電壓滯后。所提出的策略的可行性被進一步證實，并在Zn|MnO₂柔性電池中得到實施，該電池具有令人印象深刻的186 mAh g^-1的容量，高電化學穩定性和出色的機械柔性。該研究的發現有望為設計高可逆的水系鋅離子電池提供深刻的見解。

圖3 全電池性能

Releasing Plating-Induced Stress for Highly Reversible Aqueous Zn Metal Anodes. Nano Energy 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107814

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7. 成均館大學EnSM：正極和固態電解質直接集成實現長循環鋰金屬電池

鋰金屬電池存在嚴重的鋰枝晶生長、低庫侖效率以及與安全問題相關的差循環壽命問題。克服這些缺點的一種可行方法是采用固態電解質(SSE)代替傳統的液態電解質

成均館大學Dukjoon Kim等提出了一種集成的正極/SSE（ICSE）來增強界面附著力，從而實現具有高能量密度的高性能鋰聚合物金屬電池（LPMB）。

圖1 ICSE的組裝示意及優勢

具體而言，采用離子導電粘結劑將由聚（乙烯醇）/聚（乙二醇）-聚（碳酸乙烯酯）（PVA/PEG-PVEC）組成的半互穿網絡（semi-IPN）結構的SSE直接澆鑄在正極層上，然后去除溶劑以獲得ICSE。在該ICSE中，PVA被選為主體聚合物電解質，因為它在界面相容性和與電極的粘附強度以及離子電導率和機械強度方面具有出色的表現。此外，為了在不犧牲PVA機械完整性的情況下，增強Li⁺轉移能力，在PVA存在下，具有Li⁺導電C=O位點的碳酸乙烯亞乙酯(VEC)與 PEGDA交聯。交聯的PEG-PVEC部分與PVA分子互穿，形成semi-IPN結構，進一步增強其機械強度。通過這種方式，與采用自支撐SSE組裝的傳統全固態電池（ASSLMB）相比，ICSE電池具有以下優勢：（i）沿厚度方向縮短離子遷移距離，（ii）正極層和SSE層之間優化的界面接觸，以及(iii)在整個正極層和SSE/正極界面建立連續的離子傳輸路徑。

圖2 PVA/PEG-PVEC的物化性質

結果，通過直接將ICSE與鋰金屬負極配對組裝的全電池能夠在室溫下循環500次后提供157 mAh/g的高容量和98.6%的高容量保持率。此外，ICSE即使在扭曲和折疊后也能持續工作，展現了其出色的柔性和安全性。總之，在這項工作中，ICSE為具有良好電化學性能、高能量密度和安全性的電池設計提供了一條有前景的途徑，展示了LPMB實際應用的巨大潛力。

圖3 電化學性能

Long-cycling lithium polymer battery enabled by interface integration between cathode and solid electrolyte. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.09.011

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8. 羅維/鄒儒佳Nano-Micro Lett.：高性能鋰硫電池，5C穩定循環1000次！

催化被認為是緩解鋰硫電池緩慢反應動力學和嚴重穿梭效應的有效策略。

東華大學羅維、鄒儒佳等首次報道了一種用于合成由超薄二維Ti₃C₂TX-TiN異質結構(MX-TiN)組成的空心球形結構，以用作新型高性能鋰硫電池電催化劑。

圖1 材料制備及表征

二維異質結構在Ti₃C₂T_x MXene和TiN之間通過形成的鍵緊密接觸，具有大量界面區域，以激發高密度電子流，實現導電性的整體增強，從而提供低電阻、高電化學反應動力學。TiN（001）表面還顯示出優異的電子結構，具有良好的吸附能力和高催化活性。此外，超薄層狀異質結構的厚度被控制在幾納米，這縮短了催化劑到活性硫物質的電子擴散距離，并通過豐富的吸附和催化位點擴大了表面積。根據DFT計算，多硫化物（LiPSs）通過化學鍵牢固地固定在MX-TiN表面，通過降低從液態Li₂S₄到固態Li₂S₂/Li₂S的轉化勢壘，反應動力學大大增強。從整體上看，中空球形結構可以實現高硫負載，抑制二維結構的自發重新堆疊，將LiPSs緊緊地困在球內，并在放電過程中適應大體積膨脹。

圖2 對LiPSs的催化轉化

得益于這些優勢，S/MX-TiN正極顯示出卓越的初始容量、高倍率性能和出色的長期循環性能。更重要的是，在高硫負載（10.16 mg cm^-2）和貧電解液（E/S?=?7.84）下，S/MX-TiN正極仍提供了令人印象深刻的面積容量（8.27 mAh cm^-2），提高了鋰硫電池實際應用的可行性。憑借這項工作產生的見解，作者期望超薄二維異質結構的合理設計和構造不僅可以提高鋰硫電池系統的性能，還可以拓寬其他儲能和轉換系統的電催化劑設計視野。

圖3 Li-S電池性能

Construction of Ultrathin Layered MXene-TiN Heterostructure Enabling Favorable Catalytic Ability for High-Areal-Capacity Lithium–Sulfur Batteries. Nano-Micro Letters 2022. DOI: 10.1007/s40820-022-00935-0