1. 趙慎龍/張斌偉/孔源AM：室溫鈉硫電池最高記錄！硫負載達80.9%！

室溫鈉硫（RT Na/S）電池由于其低成本和高能量密度，具有很高的電網規模固定儲能潛力。然而，由多硫化物穿梭效應引起的低S質量負載和較差的循環穩定性引起的問題嚴重限制了它們的運行能力和循環能力。

悉尼大學趙慎龍、重慶大學張斌偉、中科大孔源等采用硫摻雜石墨烯框架支持的原子分散的2H-MoS₂和Mo₁(S@MoS₂-Mo₁/SGF）作為RT-Na/S電池的集成雙活性位點正極。

圖1 電子顯微鏡圖像

這項工作首次合成了一種硫摻雜石墨烯框架支持的原子分散的S@MoS₂-Mo₁/SGF，其S質量負載達到了RT-Na/S電池的最高紀錄80.9%。令人印象深刻的是S@MoS₂-Mo₁/SGF顯示出前所未有的循環穩定性，0.1 A g^?1時初始容量高達1017 mAh g^?1，經過1000次循環后仍保持505 mAh g^-1的高容量，平均每循環僅有0.05%的低容量衰減率。

圖2 室溫鈉硫電池性能

包括X射線吸收光譜（XAS）、原位同步X射線衍射（XRD）和密度泛函理論計算在內的實驗和計算結果表明，原子級分散的雙位點系統可以產生意想不到的脫域電子效應，優化了活性Mo的電子結構，導致鈉的中間物出現負的吸附能量。同時，有利于促進多硫化鈉的轉化動力學，從而抑制了穿梭效應。因此，這一發現不僅為制備高性能雙位點正極提供了有效的策略，而且加深了對其原子水平增強機制的理解。

圖3 機理探究

Atomically Dispersed Dual-Site Cathode with a Record High Sulfur Mass Loading for High-Performance Room-Temperature Sodium-Sulfur Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202206828

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2. 華科孫永明AM：LiF溶解-沉積機制使穩定的鋰金屬電池成為可能

氟化界面相的產生已成為改進鋰金屬負極在可充高能電池中應用的有效策略。

與通過廣泛采用的電解液工程（如鹽和含氟溶劑添加劑）引入含氟物種相比，華中科技大學孫永明等報告了一種鋰金屬復合材料的設計，其中LiF可以在液態電解液中通過溶解-沉淀機制在鋰金屬表面局部重新分布，并使高氟含量的固體電解質界面相（SEI）形成。

圖1 Li/Li₂₂Sn₅/LiF負極的作用示意及性能

從概念上講，與電解液成分的電化學/化學分解不同，作者提出通過LiF的新型溶解-沉淀機制來創建富含LiF的SEI，用于保護鋰金屬，這可以避免含氟溶劑或含氟陰離子造成的不良副反應的發生。具體而言，Li/Li₂₂Sn₅/LiF納米復合材料通過SnF₂和金屬鋰之間的自發轉化和合金化反應，通過反復壓延過程，均勻地分布在金屬鋰基體中。復合Li/Li₂₂Sn₅/LiF電極中的超細LiF納米顆粒可被溶解到電解液中，隨后在相鄰的金屬鋰表面局部再沉淀，形成整體LiF保護的金屬鋰表面，這進一步使富含LiF的SEI形成。

圖2 半電池性能

結果，Li/Li₂₂Sn₅/LiF負極在碳酸酯電解液中以1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2條件循環時顯示出令人印象深刻的平均庫侖效率（～99.2%），并在1 mA cm^-2和2 mAh cm^-2時表現出顯著的循環壽命，超過1600小時。當應用于具有4.0 mAh cm^-2高正極面容量的鈷酸鋰全電池時，在2.8-4.5 V的寬電壓范圍內，以2:1的低負/正比，在0.5 C的100次循環后實現了高容量保持率～91.1%?？傊?，這種設計在概念上與采用廣泛使用的含氟電解液添加劑在SEI中引入氟物種的設計不同，為實現可靠的鋰金屬電池提供了另一種方法。

圖3 鈷酸鋰全電池性能

Locking Active Li Metal through Localized Redistribution of Fluoride Enabling Stable Li Metal Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202207310

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3. 王振波/周霽罡/王建Nature子刊：鈷酸鋰過放電機制的揭示

在商用鋰離子電池中，內部短路或過鋰化往往造成電極的結構轉變，并可能導致安全風險。

深圳大學王振波、加拿大國家光源中心周霽罡、王建等研究了鈷酸鋰/石墨軟包電池的過放電機制，特別是空間上分辨了鈷酸鋰電極的形態、表面相和局部電子結構。

圖1 放電的LiCoO₂電極的X-PEEM和拉曼化學成像

具體而言，這項工作對商用鈷酸鋰/石墨軟包電池中放電/過放電的鈷酸鋰復合電極的界面進行了X-PEEM、XANES和拉曼成像分析，以了解過放電機制，特別是表面異質性的形態、表面相結構、局部電子環境、元素價態、它們的相互作用和疊加效應等方面。研究發現，過鋰化反應是一種表面效應，在過放電過程中，隨著Co的還原和表面結構的異質性降解反應，變成Li₂CoO₂/Co₃O₄/CoO/Li₂O樣相（排除Li1+xCoO_2-y）。表面化學異質性分布隨著鈷酸鋰顆粒的大小、深度和暴露的結晶平面，以及粘合劑PVDF/導電碳添加劑的分布而變化。

圖2 D-0.0 V電極的X-PEEM化學成像和空間分辨XANES

此外，DFT計算提供了強有力的證據，表明在Li₂CoO₂相中存在比LiCoO₂相更低的電子和離子傳導性，這進一步揭示了在過放電過程中，粘合劑PVDF/導電碳添加劑的聚集分布對過鋰化LiCoO₂顆粒的表面化學異質性的關鍵影響。該結果強調了鈷酸鋰的表面異質性與局部環境的相互作用，并強調了XANES和PEEM分辨空間化學相異質性的能力，以研究LIB電極的降解機制。

圖3 LiCoO₂和Li₂CoO₂的電子結構和離子擴散的理論計算

Surface chemical heterogeneous distribution in over-lithiated Li1+xCoO2 electrodes. Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-34161-4

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4. 西安交大丁書江NML：0至60℃全天候實用鋰金屬電池！

具有高離子電導率的凝膠聚合物電解質（GPEs）的快速改進使其更接近固態鋰金屬電池的實際應用。溶劑和聚合物的結合使GPEs中的準液體快速離子傳輸成為可能。然而，溶劑和聚合物之間不同的離子傳輸能力將造成局部不均勻的Li⁺分布，從而導致嚴重的枝晶生長。此外，溶劑的差熱穩定性也限制了電解質的工作溫度窗口。優化離子傳輸環境和提高熱穩定性是阻礙GPEs應用的兩個主要挑戰。

西安交通大學丁書江等提出了一種通過在GPE中引入垂直排列的蒙脫土（MMT）來創建離子傳導陣列（ICA）的策略。

圖1 材料合成

具體而言，作者通過定向冷凍法制備了垂直排列的MMT陣列作為具有超低曲率的ICA，并通過紫外線誘導聚合在GPE中創造了分布良好的連續離子傳輸界面以促進Li+遷移。因此，GPE/VAMMT表現出改善的離子遷移數和更高的離子傳導率，在室溫下達到1.08 mS cm^-1。此外，作者利用6Li固態核磁共振、同步輻射X射線衍射和動態計算機模擬研究了GPE/VAMMT中的離子傳輸機制。

圖2 電化學性質和半電池性能

實驗和理論結果顯示，在VAMMT的界面和層間有短的離子傳輸路徑和高的導電性，闡明了快速和均勻的離子傳輸。因此，采用GPE/VAMMT的Li||LiFePO₄全電池表現出約130 mAh g^-1的高容量，并且在30℃下循環1000次后容量保持率超過85%。即使在極端的測試溫度下，GPE/VAMMT||LiFePO₄電池也顯示出約125 mAh g^-1的高容量，在0℃下循環200次后容量保持率>95%，在高溫（60℃）下也可長期循環（>500次），庫侖效率為99.4%。此外，GPE/VAMMT還在Li-S和Li-NCM系統中進行了測試，并表現出優異的電化學性能。

圖3 全電池性能

Quasi-Solid-State Ion-Conducting Arrays Composite Electrolytes with Fast Ion Transport Vertical-Aligned Interfaces for All-Weather Practical Lithium-Metal Batteries. Nano-Micro Letters 2022. DOI: 10.1007/s40820-022-00952-z

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5. 溫兆銀/吳相偉EnSM：原位構筑復合電解質助力鈉金屬電池1000次循環！

具有潛在高理論容量的鈉金屬電池（SMB）被認為是高能量密度電池最有前景的候選電池之一。然而，鈉枝晶引起的安全問題嚴重阻礙了SMB的實際應用。由無機離子導體和有機聚合物組成的復合凝膠聚合物電解質（CGPE）可以抑制鈉枝晶的生長，提高SMB的安全性。然而，有機組分和無機組分之間不相容界面的存在會導致CGPE離子電導率較低，Na⁺傳輸失效。

中科院上海硅酸鹽研究所溫兆銀、吳相偉等展示了由硅烷改性的β-Al₂O₃粉末和具有交聯結構的PVDF-HFP基質組成的CGPE，以消除無機-有機界面的不相容性，從而增強合成復合電解質的電化學性能。

圖1 PSBX的原位制備過程和可能的交聯結構示意圖

由于存在無機硅氧基團（對無機表面有反應）和有機-NH₂基團（與有機物質兼容），所采用的（3-氨基丙基）-三甲氧基硅烷（Atmos）可以作為陶瓷顆粒和聚合物基質之間的分子橋梁。在Atmos的幫助下，作者通過相位轉換法成功地制備了一種柔性、高導電的CGPE膜。具體來說，PVDF-HFP單體在堿性環境中經歷了脫氟和隨后的交聯，堿性環境是通過將β-Al₂O₃粉末分散在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和丙酮（ACE）的混合物中而形成的，并形成鏈狀結構的聚合物矩陣。同時，β-Al₂O₃無機粉末被均勻地原位納入聚合物基體中。在此過程中，硅烷偶聯劑的加入將無機β-Al₂O₃粉末與PVDF-HFP聚合物基體連接起來，并改善了無機-有機界面。

圖2 半電池性能

受益于原位形成的交聯結構和硅烷改性的界面，所制備的PSBX-GPEs表現出理想的離子傳導性和Na⁺轉移數，以及在抑制鈉枝晶生長方面的顯著性能。特別是，PSB60-GPE在20℃時達到了1.37×10^-3 S cm^-1的最高離子電導率，鈉離子轉移數高達0.424。此外，基于所獲得的復合電解質組裝的鈉對稱電池在0.5mA cm^-2的條件下，顯示出800小時的優秀循環性能，沒有明顯的電壓極化，證明了對鈉負極的有效保護。此外，當在基于Na₃V₂(PO₄)₃正極的全電池中時，它可以提供出色的電化學性能，在3C下即使經過1000次循環后，仍有92.2%的高容量保持率，并且庫倫效率高達99.9%。全電池令人印象深刻的性能提升意味著這種復合電解質設計可以為構建高度穩定的SMB提供有效的策略。

圖3 全電池性能

In situ generated composite gel polymer electrolyte with crosslinking structure for dendrite-free and high- performance sodium metal batteries. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.10.032

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6. Adv. Sci.：超穩定快充和耐高溫可充鉀電池，循環達5萬次！

開發快速充電、高溫和可持續的電池對于在電動汽車、電網規模的電能存儲和高溫地區大規模部署儲能設備至關重要。

喬治梅森大學 Chao Luo等展示了一種基于豐富和可持續的有機電極材料（OEM）和鉀資源的無過渡金屬全有機可充鉀電池（RPB），以用于快速充電和高溫應用。

圖1 全有機電池中的氧化還原反應示意圖

具體而言，作者使用四羥基-1,4-苯醌鉀鹽/N摻雜石墨烯（TBPS/NG）作為負極，聚苯胺/N摻雜石墨烯（PANI/NG）作為正極。在全有機PRB中，高導電性的NG被用于正極和負極，以增加導電性，適應巨大的體積變化，并在反復的鉀化/脫鉀化過程中保持有機電極的結構完整性。此外，由于二乙二醇二甲醚（DEGDME）的高沸點（162℃）和低揮發性，以及可形成穩定的K₂CO₃和富含KF的SEI，所以采用了高濃度的電解液，即2.8 M KPF₆，以進一步提高全有機RPB的性能。穩定的電解液和SEI對于快速充電和高溫的全有機RPB的穩定性是至關重要的。此外，高濃度的電解液還減輕了OEM的溶解，進一步提高了長期循環穩定性。

圖2 室溫下RPB中TBPS/NG負極的電化學性能

因此，在室溫下，全有機RPB在50 mA g^-1時可提供188.1 mAh g^-1的高比容量，在1 A g^-1和5 A g^-1時可提供6000和50000次循環的超長壽命，展示了一種超穩定和快速充電的全有機電池。即使在70-100℃下，高質量負載（6.5 mg cm^-2）的全有機RPB仍表現出高達2A g^-1的高倍率能力和500次循環的長壽命，展示了其卓越的高溫性能?？傊@項工作中展示的電池配置顯示了在極端條件下可持續電池實際應用的巨大前景。

圖3 低質量負載全有機RPB的室溫電化學性能

A Fast-Charging and High-Temperature All-Organic Rechargeable Potassium Battery. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202106116

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7. 江南大學黃鋒林AEM：-30至130℃寬溫無枝晶固態鈉離子電池！

基于固態電解質（SSE）的鈉離子電池（SIBs）雖然在高溫下是安全的，但在環境溫度下傳輸離子的能力較差，更不用說在低溫下。

江南大學黃鋒林等提供了一種簡單和可擴展的技術來構建納米纖維基質復合電解質，以提高Na⁺傳輸和SIBs的界面兼容性。

圖1 材料制備示意

具體而言，作者通過原位紫外光固化方法構建了一種具有鹽解離和選擇性陽離子傳輸促進作用的軟硬耦合納米纖維基質復合電解質（NFMCE）。在聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）基電解質中引入2-（甲基丙烯酰氧基）乙酰乙酸乙酯（AAEM）和N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA），由于?；被∣=C-NH）和羰基（-C=O，-COOR）的鹽解作用和陽離子配位協同作用，可以有效改善Na⁺傳輸，增加Na⁺轉移數。

此外，聚合物基體的低玻璃化溫度與阻燃的二氧化硅納米纖維（SNF）確保了復合電解質（PSAMCE）的低溫適應性和高溫安全性能。更為創新的是，通過環保的磁控濺射在面向PSAMCE的負極界面上沉積了一層超薄的AlF3，以調節Na⁺通量并抑制枝晶的生長。通過無粘結劑的磁控濺射功能化工藝降低了涂層厚度，從而獲得了相當的能量密度。

圖2 半電池性能

受益于上述優勢，采用PSAMCE-AlF₃組裝的Bi//Na₃V₂(PO₄)₃(NVP)軟包電池提供了274.2 mAh g^-1的穩定容量，在1C和26℃下進行475次循環后，容量保持率達到94%。基于PSAMCE-AlF₃的半電池和全電池在-30至130℃下也顯示出優異的電化學性能。因此，這項工作報告了一種具有快速Na⁺傳輸和界面兼容的NFMCE，不僅解決了SIBs中固態電解質在寬溫度范圍內的離子傳輸缺陷，而且還消除了固態電解質和電極界面的工程問題。

圖3 寬溫全電池性能

Fast Ion Conduction Nanofiber Matrix Composite Electrolyte for Dendrite-Free Solid-State Sodium-Ion Batteries with Wide Temperature Operation. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202930

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8. 孟穎等AEM：鋰金屬在電解液中化學腐蝕的定量分析與有效抑制

鋰金屬負極對于下一代高能量密度的可充鋰金屬電池至關重要。盡管為延長鋰金屬電池的循環壽命進行了廣泛的研究，但與鋰金屬在液態電解液中的化學腐蝕有關的日歷壽命仍未得到定量的了解。

加州大學圣地亞哥分校孟穎、Wurigumula Bao、密歇根州立大學 Chengcheng Fang等通過結合滴定氣相色譜法和低溫聚焦離子束，建立了不同液態電解液體系中化學腐蝕速率和電化學沉積鋰形態之間的定量關系。

圖1 液態電解液中鋰金屬腐蝕的趨勢

為了評估液態電解液中鋰金屬的化學穩定性，這項工作使用滴定氣相色譜法（TGC），量化了四個代表性的液態電解液體系中沉積鋰的腐蝕趨勢：高濃度醚基”雙鹽”電解液（4.7m LiFSI + 2.3m LiTFSI-DME）、低濃度醚基”硝酸鹽”電解液（1M LiTFSI-DME:DOL+2wt% LiNO₃）、碳酸酯基”第二代”電解液（1.2M LiPF₆-EC:EMC）和局域高濃度電解液（LHCE，LiFSI:DME:TTE的摩爾比為1:1.2:3）。在這項工作中之所以使用這四種電解液，是因為它們代表了該領域研究的最流行的四種電解液體系。

圖2 形態控制對限制液態電解液中鋰腐蝕的影響

通過Cryo-FIB/SEM也記錄了Li在不同腐蝕階段的形態變化。研究發現，沉積鋰的孔隙率對確定液態電解液中鋰的腐蝕速率有很大影響。作者通過結合TGC方法和Cryo-FIB/SEM對沉積鋰的三維（3D）重建，沉積鋰的孔隙率被量化，并計算出其在液態電解液中的相應腐蝕率。最后，通過使用先進的LHCE和優化的堆積壓力（350 kPa），實現了超低孔隙率的Li。由此產生的低孔隙率鋰在液態電解液中浸泡10天后，鋰的質量損失只有0.8%?？傮w而言，這項工作揭示了鋰金屬孔隙率、SEI成分和鋰腐蝕率之間的基本關聯。

圖3 控制液態電解液中鋰金屬的腐蝕

Suppressing Chemical Corrosions of Lithium Metal Anodes. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202012