張強(qiáng)，清華大學(xué)長聘教授、博士生導(dǎo)師。2000年進(jìn)入清華大學(xué)進(jìn)行本科及研究生學(xué)習(xí)，2009年獲博士學(xué)位后先后赴美國凱斯西儲(chǔ)大學(xué)、德國馬普協(xié)會(huì)弗里茨—哈伯（Fritz Haber）研究所開展博士后研究工作，2011年9月回國加入清華大學(xué)從事教學(xué)科研工作至今。張老師長期從事能源化學(xué)與能源材料的研究，近年來，致力于將國家重大需求與基礎(chǔ)研究相結(jié)合，面向能源存儲(chǔ)和利用的重大需求，重點(diǎn)研究鋰硫電池、鋰金屬電池、固態(tài)電池的原理和關(guān)鍵能源材料。張老師提出了鋰硫電池中的鋰鍵化學(xué)、離子溶劑配合物概念，并根據(jù)高能電池需求，研制出復(fù)合金屬鋰負(fù)極、碳硫復(fù)合正極等多種高性能能源材料，構(gòu)筑了鋰硫軟包電池器件。

此外，張強(qiáng)教授還培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的研究生，其中，程新兵，彭翃杰，唐城，張學(xué)強(qiáng)，陳翔等獲得清華大學(xué)學(xué)術(shù)新秀；李博權(quán)，張學(xué)強(qiáng)，元喆，王瀚森，鐘玲，趙長欣等獲得清華大學(xué)特等獎(jiǎng)學(xué)金；陳筱薷，趙長欣等獲得全國挑戰(zhàn)杯特等獎(jiǎng)。

張老師主頁：https://www.chemeng.tsinghua.edu.cn/info/1168/2609.htm

下面我們匯總了張強(qiáng)教授2022年的部分研究成果，分享給大家！

Angew：解鎖鋰離子電池極速充電的電荷轉(zhuǎn)移限制

高能鋰離子電池的極速快充（XFC）是電氣化交通的一個(gè)關(guān)鍵推動(dòng)因素。雖然以前的研究主要集中在改善鋰離子在電極和電解質(zhì)中的傳質(zhì)，但對(duì)跨越電極-電解質(zhì)界面的電荷轉(zhuǎn)移的限制仍然沒有得到充分的探索。

清華大學(xué)張強(qiáng)教授、北京理工大學(xué)閆崇副教授等表明電極-電解質(zhì)界面的電荷轉(zhuǎn)移可以限制速度，甚至對(duì)于厚電極（>3 mAh cm-2）也是如此。即使電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率下降40%，提高電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)也能使XFC的性能更好。其中，正極-電解質(zhì)界面的電荷轉(zhuǎn)移是XFC過程中的速率限制，通過用LiTFSI代替LiPF₆，可以加速電荷轉(zhuǎn)移。負(fù)極-電解質(zhì)界面的電荷轉(zhuǎn)移是控制鋰沉積的關(guān)鍵因素，而基于FEC的電解液具有快速脫溶動(dòng)力學(xué)的特點(diǎn)，可以促進(jìn)這種轉(zhuǎn)移。更重要的是，必須為這兩個(gè)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)保持平衡。這種平衡質(zhì)是在XFC期間從正極輸出的快速鋰離子和輸入到負(fù)極的快速鋰離子之間的平衡，而這兩個(gè)過程的不匹配可能導(dǎo)致災(zāi)難性的析鋰和短循環(huán)壽命?；谶@些見解，作者設(shè)計(jì)了一種概念驗(yàn)證電解液，它可實(shí)現(xiàn)184 Wh kg^-1的XFC（10分鐘充電至80%）軟包電池在500次循環(huán)后僅損失5.2%的能量密度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過USDOE的目標(biāo)。目前的工作為開發(fā)充電時(shí)間縮短的下一代電池鋪平了一條新的道路。

Unlocking Charge Transfer Limitations for Extreme Fast Charging of Li-Ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202214828

Angew：鋰硫電池中硫還原反應(yīng)的電催化模型

鋰硫（Li-S）電池由于其高理論能量密度和低成本而被強(qiáng)烈認(rèn)為是最有前景的儲(chǔ)能系統(tǒng)之一。然而，放電過程中從Li₂S₄到Li₂S的緩慢還原動(dòng)力學(xué)阻礙了Li-S電池的實(shí)際應(yīng)用。盡管已經(jīng)提出了各種電催化劑來改善反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，但由于硫還原反應(yīng)（SRR）的復(fù)雜性，電催化機(jī)制還不清楚。徹底了解電催化機(jī)制對(duì)于設(shè)計(jì)先進(jìn)的電催化劑至關(guān)重要。

清華大學(xué)張強(qiáng)教授、陳翔博士等以雜原子摻雜的碳材料為例，基于系統(tǒng)的密度泛函理論計(jì)算，構(gòu)建了電催化模型，揭示了Li-S電池中SRR的化學(xué)機(jī)制。具體而言，作者將LiSy?（y=1，2或3）自由基的吸附能作為關(guān)鍵描述符來預(yù)測反應(yīng)途徑、決定速率的步驟和過電位，并相應(yīng)地構(gòu)建了一個(gè)設(shè)計(jì)先進(jìn)電催化劑的圖譜。總體而言，這項(xiàng)工作建立了一個(gè)理論模型，它是探究復(fù)雜的SRR機(jī)制和設(shè)計(jì)高性能Li-S電池先進(jìn)電催化劑的一個(gè)智能集成。

An Electrocatalytic Model of the Sulfur Reduction Reaction in Lithium–Sulfur Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202211448

Angew：陰離子化學(xué)在調(diào)節(jié)鋰金屬電池電解液還原穩(wěn)定性方面的關(guān)鍵作用

先進(jìn)的電解液設(shè)計(jì)對(duì)于構(gòu)建高能量密度的鋰電池至關(guān)重要，而將陰離子引入Li⁺溶劑化鞘已被廣泛證明是一種有前景的策略。然而，對(duì)陰離子在這種電解液中的關(guān)鍵作用的基本理解十分缺乏。

清華大學(xué)張強(qiáng)教授、陳翔博士等通過結(jié)合計(jì)算和實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)調(diào)節(jié)電解液結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的陰離子化學(xué)進(jìn)行了研究。根據(jù)最低未占分子軌道（LUMO）的分析，只要陰離子參與Li⁺的溶劑化鞘，陰離子和溶劑就會(huì)分別表現(xiàn)出降低和提高還原穩(wěn)定性。此外，在單電子還原反應(yīng)中，與溶劑相比，陰離子優(yōu)先接受電子，這導(dǎo)致了陰離子還原電位的上升。計(jì)算結(jié)果通過線性掃蕩伏安法（LSV）測試得到進(jìn)一步驗(yàn)證，在Li⁺溶劑化中的陰離子比自由陰離子表現(xiàn)出更高的還原電位。由于陰離子的有利分解，相應(yīng)地形成了富含LiF的SEI，提供了有效的Li剝離/沉積。這項(xiàng)工作揭開了陰離子化學(xué)在調(diào)節(jié)電解液結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系方面的神秘面紗，有助于合理設(shè)計(jì)實(shí)用鋰金屬電池的先進(jìn)電解液。

The Anionic Chemistry in Regulating the Reductive Stability of Electrolytes for Lithium Metal Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202210859

AM：馴服溶劑-溶質(zhì)相互作用加速低溫鋰金屬電池的界面動(dòng)力學(xué)

鋰金屬電池的能量密度超過400Wh kg^-1，而它們?cè)诘陀?30℃的極端溫度下的實(shí)際運(yùn)行會(huì)遭受嚴(yán)重的容量衰退。這種電池失效與界面過程的動(dòng)力學(xué)障礙明顯增加有很大關(guān)系，包括界面脫溶劑化、離子運(yùn)輸和電荷轉(zhuǎn)移。

清華大學(xué)張強(qiáng)教授、北京理工大學(xué)張學(xué)強(qiáng)助理教授等通過三電極電化學(xué)技術(shù)和分子動(dòng)力學(xué)模擬，對(duì)三種原型電解液的界面動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了定量探測。結(jié)果顯示，脫溶劑化過程是對(duì)Li⁺運(yùn)輸和界面反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)障礙的主要貢獻(xiàn)者。此外，作者建議通過溶劑-溶質(zhì)相互作用的調(diào)節(jié)來合理設(shè)計(jì)電解液，以加速低溫脫溶動(dòng)力學(xué)。在此，作者研究制定了三種醚基電解液，即基于1,3-二氧戊環(huán)（DOL）、基于1,2-二甲氧基乙烷（DME）和基于DOL/DME（1/1，體積）的電解液，原因在于它們與金屬鋰具有良好的兼容性，并且熔點(diǎn)低于-30℃。值得注意的是，基于DOL的電解液使-40℃的實(shí)用Li|LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂（NCM523）電池保持了66%的室溫容量。

此外，作者設(shè)計(jì)了三電極電化學(xué)測試、低溫電子顯微鏡表征和分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬，以分離和量化體相電解液的物理化學(xué)特性和界面過程對(duì)電池性能的貢獻(xiàn)。作為界面動(dòng)力學(xué)障礙的主要來源，緩慢的脫溶劑作用被驗(yàn)證為主導(dǎo)了電池容量的下降和低溫下界面阻抗的擴(kuò)大。此外，通過測量脫溶屏障和分析每種電解液中溶劑和溶質(zhì)的相互作用，作者得出了脫溶和溶劑-溶質(zhì)相互作用之間的相關(guān)性。該工作的結(jié)果顯示，通過采用低親和力的溶劑來調(diào)節(jié)溶劑-溶質(zhì)的相互作用，有利于工作電池的快速解溶，并可成為在超低溫下運(yùn)行的電池系統(tǒng)的一個(gè)有前景的解決方案。

Taming Solvent–Solute Interaction Accelerates Interfacial Kinetics in Low-Temperature Lithium-Metal Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202208340

鋰金屬對(duì)電解質(zhì)的高反應(yīng)性造成的嚴(yán)重安全風(fēng)險(xiǎn)明顯阻礙了鋰金屬電池的實(shí)用性。清華大學(xué)張強(qiáng)教授、北京理工大學(xué)黃佳琦教授、東南大學(xué)程新兵教授等通過二氟乙酸甲酯（MFA）的原位聚合，在其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)和雙氟原子的幫助下，在鋰金屬負(fù)極上原位構(gòu)建了一個(gè)富含聚合物的SEI。由于其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)和雙氟原子，在室溫和高溫下的鋰枝晶生長和鋰與電解質(zhì)之間的副反應(yīng)都明顯減少。研究顯示，與常規(guī)電池相比，所提出的SEI的優(yōu)異熱性能直接將1.0Ah Li-LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂（NCM523）軟包電池的熱安全臨界溫度從143.2℃提高到174.2℃，熱失控溫度從240.0℃提高到338.0℃。

此外，氟化試劑被廣泛認(rèn)為是通過增加LiF含量來改善SEI的電化學(xué)穩(wěn)定性。隨后的X射線光電子能譜（XPS）深度測試顯示，富含LiF的SEI在鋰金屬的近表面生成。它的柔韌性也在抑制鋰枝晶的生長和改善鋰金屬負(fù)極的界面循環(huán)穩(wěn)定性方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，促進(jìn)了高容量保持率（65次循環(huán)后為92.93%）。總體而言，該論文提出了高溫和室溫循環(huán)過程中對(duì)鋰金屬負(fù)極的保護(hù)策略，有望促進(jìn)鋰金屬電池的實(shí)際應(yīng)用。

Thermally Stable Polymer-Rich Solid Electrolyte Interphase for Safe Lithium Metal Pouch Cells. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202214545

AM：無EC電解液實(shí)現(xiàn)-50℃軟包鋰離子電池

低溫對(duì)目前鋰離子電池（LIBs）的運(yùn)行提出了重大挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致低容量保持和糟糕的電池充電性。商用LIBs中的電解液過于依賴碳酸乙烯酯（EC），以在石墨（Gr）負(fù)極上產(chǎn)生穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面（SEI），但其高熔點(diǎn)（36.4℃）嚴(yán)重限制了0℃以下的離子傳輸，從而導(dǎo)致能量損失和析鋰。

清華大學(xué)張強(qiáng)教授等報(bào)告了一類由乙酸甲酯（MA）、氟化醚（FE）和雙（氟磺酰）亞胺鋰（LiFSI）鹽組成的不含EC的電解液，它在不影響電池壽命的情況下表現(xiàn)出顯著的低溫性能。研究發(fā)現(xiàn)，在零度以下的溫度，EC會(huì)形成高阻抗的SEI，嚴(yán)重阻礙了電極動(dòng)力學(xué)，而無EC的電解液通過陰離子分解可形成高度穩(wěn)定、低阻抗的SEI，從而提高容量保持率，并消除充電過程中的鋰沉積。結(jié)果采用無EC電解液的軟包鈷酸鋰(LCO)|Gr電池在25℃下持續(xù)了900次循環(huán)（1C），而LiNi_0.85Co_0.10Al_0.05O₂(NCA)|Gr電池在-15℃下持續(xù)了300次循環(huán)（0.3C），兩者在可比條件下是文獻(xiàn)中表現(xiàn)最好的。此外，即使在零下50攝氏度，采用無EC電解液的NCA|Gr電池仍能提供76%的室溫容量，超過了基于EC的電解液。這項(xiàng)研究顯示，與傳統(tǒng)的基于EC的電解液相比，無EC電解液在低溫LIB方面可以表現(xiàn)出全面的性能優(yōu)勢(shì)。

Ethylene-Carbonate-Free Electrolytes for Rechargeable Li-Ion Pouch Cells at Sub-Freezing Temperatures. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202206448

AM：削弱封裝多硫化物的溶劑的溶劑化能力實(shí)現(xiàn)長壽命鋰硫電池

長循環(huán)壽命是實(shí)用鋰硫電池的先決條件，但卻受到可溶性多硫化物和鋰金屬負(fù)極之間副反應(yīng)的限制。對(duì)多硫化物溶劑化結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)使得封裝多硫化物電解液（EPSE）成為抑制寄生反應(yīng)的一個(gè)有希望的解決方案。其中，多硫化鋰外部溶劑化殼中溶劑的溶劑化能力對(duì)于EPSE的封裝效果至關(guān)重要。

清華大學(xué)張強(qiáng)教授、北京理工大學(xué)張學(xué)強(qiáng)助理教授等證明1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（HFE）是構(gòu)建EPSE的一種優(yōu)越的外殼溶劑?；诜鸁N鏈的巨大的立體阻礙，吸電子的全氟段（-CF₂-）進(jìn)一步賦予了HFE突出的弱溶劑能力，HFE只分布在LiPSs周圍的外部溶劑殼中，幾乎不改變LiPSs的內(nèi)部溶劑殼。結(jié)果，HFE-EPSE將采用超薄鋰金屬負(fù)極（50μm）和高面負(fù)載硫正極（4.4 mg cm^?2）的鋰硫電池的壽命從54次提高到135次。此外，基于HFE-EPSE的334 Wh kg^-1鋰硫軟包電池（2.4 Ah）穩(wěn)定地經(jīng)歷了25個(gè)循環(huán)。總體而言，這項(xiàng)工作證明了外殼溶劑的弱化溶劑化力對(duì)構(gòu)建卓越的EPSE的作用，并將激發(fā)多硫化物的溶劑化化學(xué)對(duì)實(shí)現(xiàn)實(shí)用鋰硫電池的意義。

Weakening the Solvating Power of Solvents to Encapsulate Lithium Polysulfides Enables Long-Cycling Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202205284

Chem：首次證實(shí)鋰硫電池中的陽離子多硫化鋰

多硫化鋰（LiPSs）是參與鋰硫（Li-S）電池每一個(gè)工作電化學(xué)過程的重要中間體。揭示LiPSs在電解液中的存在形式對(duì)于理解反應(yīng)機(jī)理和合理設(shè)計(jì)高性能Li-S電池至關(guān)重要。

清華大學(xué)張強(qiáng)教授、北京理工大學(xué)李博權(quán)副研究員等開創(chuàng)性地證明LiPSs在電解液中是弱解離的，但表現(xiàn)出結(jié)合額外鋰離子并形成陽離子LiPSs（例如Li₃S₆⁺）的強(qiáng)烈傾向。動(dòng)力學(xué)評(píng)價(jià)進(jìn)一步表明，陽離子LiPSs在正極反應(yīng)中更緩慢，而在與鋰金屬負(fù)極反應(yīng)時(shí)更具侵略性。因此，降低鹽濃度被證明可以抑制陽離子LiPSs的形成，并被證明可以有效提高具有高能量密度的實(shí)用Li-S軟包電池的性能。這項(xiàng)工作揭示了電解液中陽離子LiPSs的存在，并為改善Li-S電池的電化學(xué)性能提供了方向性指導(dǎo)。

Cationic lithium polysulfides in lithium–sulfur batteries. Chem 2022. DOI: 10.1016/j.chempr.2022.07.004

Angew：通過動(dòng)態(tài)電容實(shí)時(shí)量化鋰離子電池工作時(shí)的析鋰

先進(jìn)鋰離子電池(LIBs)的全部性能被神秘的析鋰行為所阻擋。一種與實(shí)際工作條件相適應(yīng)的快速量化析鋰的測定方法對(duì)于安全工作的LIBs來說是迫切需要的。

清華大學(xué)張強(qiáng)教授、北京理工大學(xué)黃佳琦教授等首次報(bào)告了一種可應(yīng)用于工作電池的實(shí)時(shí)測定方法，并可定量檢測析鋰。通過結(jié)合電化學(xué)活性表面積（ECSA）和負(fù)極電雙層（EDL）電容之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，作者提出了一個(gè)產(chǎn)生析鋰的機(jī)制。與析鋰有關(guān)的難以捉摸的信號(hào)可以通過ECSA和EDL之間的相關(guān)性得到加強(qiáng)。石墨負(fù)極表面的EDL的電容值被用作充電過程中析鋰的定量指標(biāo)。此外，作者證明，石墨負(fù)極在動(dòng)態(tài)條件下的電容變化可以通過單頻動(dòng)態(tài)電化學(xué)阻抗譜（DEIS）測試實(shí)時(shí)監(jiān)測。電容的上升趨勢(shì)表明析鋰的開始?；诘刃щ娐贩治觯髡咛岢?，具有特征頻率的動(dòng)態(tài)電容測量（DCM）可以在全電池電容圖中明確指示石墨負(fù)極的電容變化。由于單頻DEIS的可及性和快速的數(shù)據(jù)生成，所提出的機(jī)制是析鋰檢測的一個(gè)突破，它將進(jìn)一步為電池安全預(yù)警提供了一個(gè)基于電容的有效析鋰測定方法。

Operando Quantified Lithium Plating Determination Enabled by Dynamic Capacitance Measurement in Working Li-Ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202210365

Joule：量化無負(fù)極電池中電解液分解反應(yīng)的表觀電子轉(zhuǎn)移數(shù)

固體電解質(zhì)界面相（SEI）在決定非水電池負(fù)極的穩(wěn)定性方面起著關(guān)鍵作用。然而，作為構(gòu)建穩(wěn)定SEI不可或缺的一環(huán)，電解液的分解機(jī)制卻鮮有定量的了解。

清華大學(xué)張強(qiáng)教授、北京理工大學(xué)張學(xué)強(qiáng)助理教授等通過簡單但精確的定量核磁共振(qNMR)方法獲得了定量描述電解液組分分解機(jī)理的表觀電子轉(zhuǎn)移數(shù)（ETN），該方法以”一站式”的方式可同時(shí)測量電解液演化和累積的非活性Li⁰。作為一個(gè)定量描述符， ETN是在基于雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）-碳酸二甲酯（DMC）的局部高濃度電解液工作的鋰金屬電池中獲得的。通過電解液定量核磁共振（ely-qNMR）和滴定-qNMR分別對(duì)電解液的演化和同時(shí)積累的非活性鋰進(jìn)行精確測量，不同電解液成分的分解率和決定電解液命運(yùn)的ETNs都可以以 “一站式 “的方式獲得。ETNs的識(shí)別為電解液分解機(jī)制提供了開創(chuàng)性的見解，并為電解液設(shè)計(jì)提供了新的愿景，以促進(jìn)非水充電電池的不斷發(fā)展。

Quantifying the apparent electron transfer number of electrolyte decomposition reactions in anode-free batteries. Joule 2022. DOI: 10.1016/j.joule.2022.07.003

JACS：調(diào)節(jié)鋰鹽抑制鋰硫電池中電催化劑的表面凝膠化

鋰硫（Li-S）電池作為高能量密度的儲(chǔ)能設(shè)備具有巨大的潛力。電催化劑被廣泛采用，以加速硫正極的氧化還原動(dòng)力學(xué)。電催化劑、溶劑和鋰鹽之間的相互作用極大地決定了Li-S電池的實(shí)際工作性能。

清華大學(xué)張強(qiáng)教授、北京理工大學(xué)李博權(quán)特別副研究員等發(fā)現(xiàn)雙三氟甲磺酰亞胺鋰（LiTFSI）會(huì)加劇MoS₂電催化劑的表面凝膠化。詳細(xì)來說，LiTFSI中的三氟甲磺酰基與MoS₂電催化劑上的路易斯酸性位點(diǎn)相互作用，產(chǎn)生一個(gè)電子缺陷中心，具有高路易斯酸度的電子缺陷中心會(huì)引1,3-二氧戊環(huán)溶劑的陽離子聚合，并產(chǎn)生一個(gè)表面凝膠層，從而降低電催化活性。為解決上述問題，作者引入了路易斯堿鹽碘化鋰（LiI）來阻斷LiTFSI和MoS₂之間的相互作用并抑制表面凝膠化。因此，采用MoS₂電催化劑和LiI添加劑的Li-S電池在軟包電池水平上實(shí)現(xiàn)了416 W h kg^-1的超高實(shí)際能量密度。這項(xiàng)工作提供了一種有效的鋰鹽來提高Li-S電池的電催化活性，并加深了對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)中電催化劑、溶劑和鹽之間相互作用的基本理解。

Regulating Lithium Salt to Inhibit Surface Gelation on an Electrocatalyst for High-Energy-Density Lithium–Sulfur Batteries. Journal of the American Chemical Society 2022. DOI: 10.1021/jacs.2c04176

Angew：可在80℃下工作的鋅-空氣電池

水系鋅-空氣電池具有固有的安全性，面對(duì)高溫工作條件時(shí)尤其值得稱贊。然而，它們?cè)诟邷叵碌墓ぷ骺尚行詤s很少被研究。

清華大學(xué)張強(qiáng)教授、北京理工大學(xué)李博權(quán)特別副研究員等系統(tǒng)地研究了高溫鋅-空氣電池的工作可行性。其中，溫度對(duì)空氣正極、鋅負(fù)極和水系電解液的影響被解耦，以確定有利的和不利的因素。具體來說，在高溫條件下，電解液導(dǎo)電性、正負(fù)極動(dòng)力學(xué)和負(fù)極反鈍化都得到了優(yōu)化，而源于強(qiáng)化析氫反應(yīng)的負(fù)極法拉第效率下降則成為主要瓶頸，這為未來高溫性能的提升指明了研究方向?；诖耍髡哐菔玖嗽?0℃下工作的鋅-空氣電池，充分體現(xiàn)了鋅-空氣電池滿足安全高溫儲(chǔ)能的可行性?？傮w而言，這項(xiàng)工作揭示了鋅-空氣電池在高溫下滿足儲(chǔ)能的潛力，并將指導(dǎo)先進(jìn)電池向惡劣工作條件的進(jìn)一步發(fā)展。

Working Zinc–Air Batteries at 80?°C. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202208042

Angew：通過合理的分子設(shè)計(jì)使SEI氟化助力實(shí)用鋰金屬電池

實(shí)用鋰金屬電池的壽命因鋰金屬負(fù)極的不穩(wěn)定性而受到嚴(yán)重阻礙。含氟固體電解質(zhì)界面相（SEI）成為改善鋰金屬負(fù)極穩(wěn)定性的一個(gè)有希望的策略。其中，氟化分子的合理設(shè)計(jì)是構(gòu)建氟化SEI的關(guān)鍵。

清華大學(xué)張強(qiáng)教授、北京理工大學(xué)張學(xué)強(qiáng)助理教授等提出了氟化分子的設(shè)計(jì)原則。具體而言，作者合理地設(shè)計(jì)和合成了一個(gè)活化的氟烷基分子（AFA），即2,2,3,3-四氟丁烷-1,4-二醇二硝酸酯，以構(gòu)建氟化SEI。首先，氟烷基（-CF₂CF₂-）作為富集的F儲(chǔ)庫，以生成LiF。其次，C-F鍵的脫氟作用因β-位點(diǎn)上的留基而明顯增強(qiáng)，有利于LiF形成反應(yīng)的快速動(dòng)力學(xué)。最后，從AFA中實(shí)現(xiàn)了快速和充分的氟化物釋放，這有助于在關(guān)鍵系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)卓越的電池性能?；诖耍ㄟ^在電解液中添加5 v%的小劑量AFA實(shí)現(xiàn)了Li-S電池中的氟化SEI，并實(shí)現(xiàn)了均勻的鋰沉積/剝離。此外，在苛刻條件下的Li-S電池，包括高面負(fù)載正極（4.0 mgS cm^-2）和有限的鋰負(fù)極（50 μm），可實(shí)現(xiàn)183次循環(huán)，這是采用常用添加劑LiNO₃的3倍。此外，360 Wh kg^-1的Li-S軟包電池（基于軟包電池中所有部件的質(zhì)量）可提供25次循環(huán)。

Fluorinating the Solid Electrolyte Interphase by Rational Molecular Design for Practical Lithium-Metal Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202204776

Angew：原始混合導(dǎo)電界面為工作電池提供有效的預(yù)鋰化

接觸式預(yù)鋰化是補(bǔ)償鋰離子電池初始容量損失的一個(gè)重要策略。然而，由于鋰轉(zhuǎn)化不充分而產(chǎn)生的死鋰降低了可充電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

清華大學(xué)張強(qiáng)教授等首次將單溶劑碳酸二甲酯（DMC）電解液用于接觸預(yù)鋰化。研究發(fā)現(xiàn)，這種電解液在鋰源和負(fù)極上誘發(fā)的低有機(jī)物含量的原始電解質(zhì)界面（REI）是一種混合離子/電子導(dǎo)體。因此，即使在鋰源被DMC衍生的REI完全包裹的情況下，電子通道仍然可以保持。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)92.8%的優(yōu)秀鋰?yán)寐屎涂珊雎圆挥?jì)的死鋰產(chǎn)量。此外，這種策略使電池具有非常高的初始庫侖效率（90.0 %）和210次循環(huán)的優(yōu)異容量保持率（94.9 %），突出了REI對(duì)于有效接觸預(yù)鋰化的重要性。

The Raw Mixed Conducting Interphase Affords Effective Prelithiation in Working Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202205697

Angew：硝酸鹽離子的修飾使鋰金屬電池中的SEI變得穩(wěn)定

高能量密度的鋰金屬電池（LMBs）的壽命受到異質(zhì)固體電解質(zhì)界面相（SEI）的阻礙。為了在工作的電池中獲得均勻的SEI，合理的電解液設(shè)計(jì)被大力考慮。

清華大學(xué)張強(qiáng)教授、北京理工大學(xué)張學(xué)強(qiáng)助理教授等提出并驗(yàn)證了硝酸鹽離子（NO₃-）的改性，以改善實(shí)用LMB中SEI的均勻性。其中，NO₃-與一個(gè)基于醚的分子相連，形成二硝酸異山梨酯（ISDN），以打破NO₃-的共振結(jié)構(gòu)，從而提高還原性。因此，ISDN中非共振-NO₃的分解使SEI富含豐富的LiN_xO_y，并誘導(dǎo)均勻的鋰沉積。結(jié)果，使用ISDN添加劑的鋰硫電池在100次循環(huán)后可提供83.7%的容量保持率，而使用LiNO₃的電池在55次循環(huán)后會(huì)出現(xiàn)快速衰減。此外，使用ISDN添加劑的鋰硫軟包電池提供了319 Wh kg^-1的比能量，并經(jīng)歷了20次循環(huán)。這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)改善SEI的添加劑以穩(wěn)定LMB提供了現(xiàn)實(shí)的參考。

Modification of Nitrate Ion Enables Stable Solid Electrolyte Interphase in Lithium Metal Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202201406

AM：暢通的電子通道使鋰離子電池的高效接觸預(yù)鋰化成為可能

接觸預(yù)鋰化被強(qiáng)烈認(rèn)為可補(bǔ)償鋰離子電池的初始容量損失，從而在工作電池的超長循環(huán)壽命和大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用方面表現(xiàn)出巨大的潛力。然而，接觸預(yù)鋰化的犧牲鋰源的利用率很低（<65%）。

清華大學(xué)張強(qiáng)教授、北京理工大學(xué)閆崇副教授等從鋰源/負(fù)極界面的角度，通過調(diào)節(jié)初始接觸狀態(tài)，描述了接觸預(yù)鋰化的基本機(jī)制，并成功地闡明了容量衰減的病因。具體來說，創(chuàng)建豐富的電子通道是使接觸預(yù)鋰化具有更高的鋰?yán)寐实耐緩?，因?yàn)闇p輕的局部電流密度減少了鋰溶解的蝕刻和電子通道上的SEI擴(kuò)展。作為演示，真空熱蒸發(fā)沉積鋰膜使接觸界面擁有足夠的電子通道結(jié)構(gòu)，從而使鋰的利用率達(dá)到91.0%，并降低了死鋰的產(chǎn)量。

Unblocked Electron Channels Enable Efficient Contact Prelithiation for Lithium-Ion Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202110337

Chem：一種用于實(shí)用鋰硫電池的封裝多硫化物電解液

實(shí)用的鋰硫電池由于鋰金屬負(fù)極和可溶性多硫化鋰（LiPSs）中間物之間的寄生反應(yīng)而受到嚴(yán)重阻礙。LiPSs的溶劑化結(jié)構(gòu)在決定反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面起著關(guān)鍵作用。

清華大學(xué)張強(qiáng)教授、北京理工大學(xué)張學(xué)強(qiáng)助理教授等提出了一種封裝型LiPSs電解液（EPSE），以抑制基于LiPSs的納米異質(zhì)溶劑化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的寄生反應(yīng)。在EPSE中，以二異丙基硫醚（DIPS）為輔助溶劑，可溶性LiPSs被封裝在兩個(gè)具有不同溶劑化能力和還原穩(wěn)定性的同心溶劑殼中。外層溶劑殼中具有還原穩(wěn)定性的DIPS顯著抑制了封裝的LiPSs和金屬鋰之間的寄生反應(yīng)。結(jié)果，在苛刻的條件下，一個(gè)1.2 Ah的軟包電池在EPSE中經(jīng)歷了103次循環(huán)?？傮w而言，這項(xiàng)工作提供了構(gòu)建EPSE的兩個(gè)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，即外溶劑殼中溶劑應(yīng)具有差溶劑化能力和高還原穩(wěn)定性，它為調(diào)節(jié)LiPSs的溶劑化結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)長循環(huán)鋰硫電池開辟了新的領(lǐng)域。

An encapsulating lithium-polysulfide electrolyte for practical lithium–sulfur batteries. Chem 2022. DOI: 10.1016/j.chempr.2021.12.023