1. 物理所吳凡Nano Energy：通過固相鈍化實現無枝晶全固態鋰金屬電池

鋰金屬基全固態電池（ASSB）具有更高的能量和功率密度，是最有前景的儲能技術。然而，鋰/固態電解質（SE）界面的界面反應和鋰枝晶向SE的滲透將導致鋰金屬基ASSB的庫侖效率（CE）較低、短路、安全隱患和循環壽命變差。

中科院物理所吳凡等基于固固結合反應，開發了一種高效表面改性的固相鈍化（SPP）方法，為硫化鋰正極基ASSB的開發提供了新思路，并有望實現大規模鋰金屬正極保護。

研究顯示，通過CuF₂-PVDF-HFP與鋰金屬之間的原位反應，采用滾壓技術可有效形成包含Li?Cu微觀結構的富LiF多功能鈍化層。CuF₂的引入縮短了基于PVDF-HFP的鈍化劑與鋰金屬的反應時間，并降低了能耗。

圖2. 對稱性能

因此，帶有鈍化人工SEI的對稱ASSB電池在室溫下的臨界電流密度（CCD）可達3.7 mA cm^-2，并可在0.5 mA cm^-2的電流密度下穩定循環1000小時。此外，LiCoO₂/Li₆PS₅Cl/Li ASSB在 1.0 mA cm^-2電流密度下可穩定循環超過300次，并具有穩定的庫侖效率。因此，這項研究為制備具有高界面能和有效抑制鋰枝晶能力的人工SEI提供了一種策略。

圖3.?ASSB全電池性能

2. 侯仰龍/賴超Sci. Bull.：超穩定鐵磁界面助力實用鋅金屬電池

可充鋅（Zn）金屬電池（RZMB）已被證明是未來能源存儲行業中一種可持續的低成本替代品。然而，難以捉摸的鋅沉積行為和水引發的寄生反應給鋅負極的制備和商業化帶來了巨大挑戰，尤其是在高沉積/剝離能力下。

圖1.?鐵磁界面驅動磁場穩定性調節Zn沉積的機制

北京大學侯仰龍、江蘇師范大學賴超等提出了結合磁場（MF）的鐵磁界面，以有效解決上述障礙。具體而言，這項工作探討了鐵磁性金屬界面改性鋅負極與磁場的強配合，以實現可持續RZMBs制備。

研究顯示，引入具有高化學耐久性的鐵磁層可通過改變鋅離子的運動方向，使其圍繞枝晶突起做螺旋運動，從而增強傳質和離子分布，誘導電解液對流，并顯著減少副反應和抑制析氫反應。

圖2.?半電池性能

受益于上述優勢，該策略成功地提高了鋅負極的性能，使其在電流密度為50 mA/cm²時的累積沉積容量（CPC）達到10 Ah/cm²，達到了商業化的目標。此外，沉積/剝離面積容量為12 mAh/cm²的貧鋅電池（放電深度（DODZn）高達 82%）能夠穩定運行350小時以上。因此，ZnFe-MF||V₂O₅全電池在13.1 mg/cm²的高負載下穩定循環，這使得RZMBs配置有望實現商業應用。

圖3.?全電池的電化學性能

3. 黃云輝/許恒輝AFM：氧化硼固體酸誘導的富無機SEI助力長循環固態鋰金屬電池

固態電解質與鋰金屬負極的組合被認為是下一代能源儲存技術。然而，固態電解質的離子傳輸速度緩慢以及與鋰金屬負極的不穩定性阻礙了其實際應用。

圖1.?材料設計及表征

華中科技大學黃云輝、許恒輝等在纖維素膜上引入了均勻分散的固體酸硼氧化物，然后摻入PVDF/LiDFOB/丁二腈（SN）聚合物電解質，獲得了一種混合固態電解質（纖維素/B₂O₃基電解質）。研究顯示，來自硼氧化物的過量電子可調節電解質的電化學動力學，促進DFOB-分解，從而在鋰/電解質界面形成富含Li₂CO₃/LiF的異質結構SEI層。

此外，硼氧化物（路易斯酸位點）和DFOB-陰離子（具有給電子特性）之間的分子間相互作用促進了Li⁺的擴散，使鋰離子轉移數從纖維素基電解質的0.34提高到纖維素/B₂O₃基電解質的0.75。

圖2.?對稱電池性能

因此，纖維素/B₂O₃基電解質與LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂（NCM622）配對后，在200次循環后的比容量為155 mAh g^-1，容量保持率為92%。此外，這種電解質與高負載量的NCM正極（10 mg cm^-2）在軟包電池中搭配使用，可在50次循環中穩定運行，容量保持率超過90%。

這項工作提供了一種通過調節SEI層成分來提高界面穩定性的有效策略，從而在沉積/剝離過程中實現穩定的鋰沉積行為。

圖3.?全電池性能

4. 賀高紅/李祥村EnSM：消除異質表面之間的帶隙，實現Li-S電池的快速電子轉移和氧化還原反應

如何設計配置合理的催化劑體系，以減輕多硫化物（LiPSs）在鋰硫電池中的穿梭效應并增強其轉化動力學，仍然是一項挑戰。

圖1.?材料合成及表征

大連理工大學賀高紅、李祥村等通過離子遷移捕獲過程構建了一種新型Cu-CeO_2-x異質界面，以解決上述問題。具體而言，這項工作通過靜電紡絲和分級碳化方法構建了負載Cu-CeO_2-x異質結構的碳納米纖維膜（Cu-CeO_2-x@CNF），并將其用作Li-S電池正極和隔膜之間的夾層。

研究顯示，CNF中的連續碳骨架不僅具有高導電性，還能提供足夠的孔隙以適應固態硫基底的體積膨脹。另外，與傳統的異質結構不同，Cu和CeO₂之間的相互作用通過阻礙CeO₂的團聚而增加了異質界面（Cu-CeO_2-x）的面積，同時促進了Cu在CeO₂表面的分散。

這種相互作用還能增加界面上氧空位的含量，從而有利于Li-S電池的催化轉化。更重要的是，氧空位含量的增加還改變了Cu-CeO_2-x的能帶結構，導致原子間發生軌道雜化，越過費米能級，帶隙消失。這一特性降低了催化過程的反應能壘，加速了Li-S電池的轉化，并抑制了穿梭效應。

圖2.?對LiPSs的催化

最終，Cu-CeO_2-x可以加速LiPSs的催化轉化和Li₂S的分解，因此，在電流密度為2 C的條件下，Li-S電池經過800次循環后可達到626 mA h g^-1的優異性能，每次循環的衰減率僅為0.046%。總體而言，這項研究揭示了異質界面氧空位和帶隙消失的形成機理，為合理設計各種異質結構的Li-S電池材料開辟了新的前景。

圖3.?Li-S電池性能

5. 上硅所劉宇/楊程EnSM：新型錳基三元NASICON型正極用于高性能鈉離子電池

錳基鈉超離子導體（NASICON）型材料因其環境友好性和成本效益而成為鈉離子電池（SIB）中前景廣闊的正極材料。然而，由于錳的內在動力學限制和負結構退化，錳基材料的循環性能不佳，這阻礙了其實際應用。

圖1.?材料表征

中國科學院上海硅酸鹽研究所劉宇、楊程等首次提出了一種新型三元NASICON型Na_4-xMnTi_xCr_1-x(PO₄)₃ (0≤x≤1)。與傳統的元素摻雜策略不同，Ti⁴⁺的半徑非常接近Cr³⁺，因此無論Ti/Cr的比例如何，三元正極都能形成完美的NASICON結構。

研究顯示，最佳的電化學性能成分為Na_3.5MnTi_0.5Cr_0.5(PO₄)₃。由于強大的扎釘效應和改進的電子結構，NMTCP-50在2 A g^-1條件下循環5000次后仍能保持約75%的循環壽命。此外，異價取代增加了Na⁺空位的數量，從而促進了Na⁺的擴散。

圖2.?NMTCP-50的電化學性能

三元協同效應還改變了NMTCP-50的能帶結構。因此，NMTCP-50在2 A g^-1的條件下顯示出81 mAh g^-1的優異倍率性能。為了證明這一概念，這項工作組裝了一個高性能NMTCP-50//HC全電池，它在20 mA g^-1電流條件下的比容量高達 138.3 mAh g^-1。總體而言，這項工作推動了高能量密度、長循環壽命和低成本SIB的發展。

圖3.?NMTCP-50的鈉離子儲存機制

6. 兩單位AEM：利用原位形成的Na-B-H-F電解質實現穩定的全固態鈉電池

全固態鈉離子電池（ASSSB）被認為是低成本大規模應用的最有前景的候選電池之一。由于氫化物電解質具有較高的鈉離子電導率，因此成為近期的研究熱點，而為了滿足鈉離子電池的應用要求，迫切需要解決其電化學穩定性問題。

圖1.?Na-B-H-F的制備和應用示意圖

上海理工大學鄭時有、新加坡國立大學John Wang等提出了一種新穎的通用策略來提高氫化物電解質的電化學穩定性，該策略利用了氫化物與NaHF₂之間的原位反應。

研究顯示，Na₂B₁₂H₁₂可與NaHF₂反應形成NaF納米粒子，均勻地嵌入Na₂B₁₂H₁₁F基質中，從而在不明顯降低離子電導率的情況下表現出優異的電極兼容性。這種電解質在30和80℃時的鈉離子電導率分別為1.92×10^-4和5.08×10^-4 S cm^-1，活化能為0.63 eV。此外，摻雜F能顯著降低整體電子傳導率，并增強與電極的相容性。在循環過程中，電解質/電極界面上形成了穩定的界面層，從而抑制了進一步的副反應，并提供了鈉離子傳輸通道。

圖2.?Na-B-H-F的離子電導性和穩定性研究

因此，摻雜F的Na-B-H-F-1使Na||Na₃V₂(PO₄)₃ ASSSB能夠穩定循環，經過100次循環后可獲得97.4 mAh g^-1的可逆比容量（容量保持率為87.7%），并且在0.5 C電流密度下可獲得94mAh g^-1的可逆比容量。該研究成果證明了F摻雜策略在改進氫化物電解質方面的巨大潛力，并可應用于其他固態電解質。

圖3.?全電池性能

7. 南京郵電AFM：原位構建具有陰-陽離子協同調節功能的聚合物電解質

可充鋰金屬電池（LMB）因其超高的能量密度和最低的鋰金屬電化學勢等優點而備受關注。但LMB存在嚴重的鋰枝晶生長問題，除了調節Li⁺的分布外，如何實現對陰離子分布的有效調節是有效抑制鋰枝晶的關鍵。

圖1.?聚合物電解質的設計理念和結構

南京郵電大學賴文勇、王師等從漁網獨特的網眼幾何形狀和可同時增強材料強度和變形性的結狀纖維結構中獲得啟發，提出了一種有效的策略，即在聚兩性離子電解質中引入新型交聯劑和彈性聚合物，從而構建高強度、超柔性的聚合物電解質。研究顯示，富含-NH的交聯劑不僅可以在兩性離子和彈性鏈段之間形成化學交聯點，還可以形成物理交聯點，從而使電解質具有高強度。

此外，彈性段為電解質提供了超強的柔性，大大降低了器件的界面電阻。此外，聚合物的主鏈可以共同調節陰離子和Li⁺，實現穩定的Li⁺沉積，抑制鋰枝晶的生長。

圖2.?離子電導率測試和理論計算

因此，Li||Li對稱電池在30°C下可以0.1 mA h^?1穩定循環5500 h以上。此外，采用制備的聚合物電解質的Li/LiFePO₄ (LFP)和Li/LiNi_0.8Co_0.1M_0.1(NCM 811)電池在30°C下的不同倍率條件下均表現出卓越的性能。總體而言，這項工作為設計和合成具有陽離子-陰離子協同調節功能的高性能鋰金屬電池電解質提供了新的視角。

圖3.?全電池性能

8. ACS Nano：作為多硫化物氧化還原催化劑的高熵硫化物納米顆粒

多硫化物穿梭會導致鋰硫電池的容量損失，從而限制了其實際應用。催化復雜的氧化還原反應可抑制多硫化物的穿梭，但使催化劑開發成為可能的基礎知識仍然有限，因此目前只開發了少量催化劑。

圖1.?材料表征

美國康奈爾大學Hèctor D. Abru?a、賓夕法尼亞州立大學Raymond E. Schaak等在硫化物材料中加入Zn、Co和Cu以及其他元素（In、Ga）以平衡電荷，證明了Zn_0.30Co_0.31Cu_0.19In_0.13Ga_0.06S這種高熵硫化物材料的納米顆粒可顯著催化多硫化物的氧化還原反應，提高其轉化速率，從而將多硫氧化還原穿梭的有害影響降至最低，進而改善鋰硫電池的電化學。

圖2.?電化學性能對比

研究顯示，當在鋰硫正極復合材料中加入2%重量的高熵硫化物時，在中等充放電速率（0.2 C）和高充放電速率（1 C）下，電池的容量和庫侖效率都得到了提高。此外，作者利用X射線光電子能譜對高熵硫化物納米顆粒進行的表面分析，這為了解材料在循環過程中如何演變提供了重要信息。總之，Zn_0.30Co_0.31Cu_0.19In_0.13Ga_0.06S納米顆粒催化劑的性能優于金屬硫化物，表明高熵”雞尾酒效應”在開發先進電催化材料以提高鋰硫電池性能方面可以發揮作用。

圖3.?通過XPS測量的電池循環過程中不同點的硫和金屬中心的結合能

High Entropy Sulfide Nanoparticles as Lithium Polysulfide Redox Catalysts. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c05869