1. 北理工王成志Adv. Sci.：可在-20℃下運行的固態鈉金屬電池！

采用無機固態電解質（SE）的固態鈉金屬電池（SSNMB）要實現令人滿意的性能，尤其是在零下溫度下，對穩定鈉金屬負極提出了挑戰。

圖1 Ca-NZSP的表征

北京理工大學王成志等通過采用一種鈉超級離子導體（NASICON）NASICON 型固態電解質解決了這一難題，它使可充SSNMB能夠在-20至45℃的寬溫度范圍內運行。具體而言，這項工作通過加入摻雜鈣離子（Ca²⁺）的Na?Zr?Si?PO??（Ca-NZSP）SE實現了這一目標，它能有效穩定鈉金屬負極，即使在低溫條件下也能實現平滑的鈉金屬沉積-剝離循環。

通過對Na/Ca-NZSP/Na對稱電池進行溫度分辨電化學阻抗譜（TR-EIS）測試，作者觀察到在45℃時，鈉金屬/SE界面的界面電阻僅為0.4 Ω cm²，即使在-20℃時也僅增加至＜110 Ω cm²。在對稱電池上進行的恒流充放電循環實驗進一步表明，在0.1 mA cm^-2條件下，鈉金屬沉積/剝離循環在-20至45°C的溫度范圍內保持穩定，且極化電壓極小。

圖2 對稱電池性能

此外，Ca-NZSP還在-20°C的超低溫度下實現了超過2000小時的穩定鈉金屬沉積/剝離循環，且沒有出現明顯的電壓波動。進一步，通過使用基于Na?V?.?Al?.?(PO?)?的復合正極，組裝的SSNMB在-20至45°C的溫度范圍內實現了出色的循環性能，其在0 °C時的可逆容量為108 mAh g^-1，經過275次充放電循環后，容量保持率超過95%。

總體而言，這項工作在降低SSNMB的工作溫度閾值以涵蓋極冷溫度方面取得了重大突破，這使得離固態電池的實際應用更近了一步。

圖3 NVAP|0.15Ca-NZSP|Na電池的性能

Rechargeable Solid-State Na-Metal Battery Operating at ?20 °C. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202302774

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2. 鄭州大學付永柱Angew：長壽命、快充（20C）鋰電池有機正極

有機硫化物因其低成本和高容量的特性，有望成為電動汽車和儲能系統的正極材料。然而，由于S-S鍵的大量重排以及在電池中循環時的結構退化，有機硫化物通常存在動力學緩慢的問題。

圖1 Pym2S2的設計

鄭州大學付永柱等首次將雙（2-嘧啶基）二硫化物（Pym2S2）作為高倍率正極材料引入鋰電池。研究顯示，由于嘧啶基的超離域，最低未占分子軌道（LUMO）上的電子密度傾向于定域在π*（嘧啶基）上，而不是σ*（S-S鍵）分子軌道上。

因此，極化的嘧啶基可以作為“電子倉庫”，在氧化還原過程中加速鋰離子與嘧啶基的配位，形成N···Li···S簇，從而促進離解電子轉移（DET）反應。因此，預計富氮Pym2S2正極可以比一般的芳香族Ph2S2具有更快的動力學和更高的可逆性。

圖2 電化學性能研究

值得注意的是，Li|Pym2S2電池在2C倍率下提供了234.3 mAh g^-1的放電容量，這是理論比容量的97.1%，并且在1200次循環后保留了70.1%的初始容量。此外，它還可以在10、15和20C下循環1200多次?？傮w而言，該研究為開發高倍率、長循環壽命的鋰電池用有機正極材料提供了指導。

此外，作者認為目前正在開發的基于有機二硫化物的電池可以通過調整緊湊型正極//鋰離子對的溶劑鞘，以增強電子/離子耦合。

圖3 儲鋰機理分析

Long-Life, High-Rate Rechargeable Lithium Batteries Based on Soluble Bis(2-pyrimidyl) Disulfide Cathode. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202308561

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3. 天大何春年等EnSM：非晶三維碳誘導的自修復聚合物電解質

基于聚環氧乙烷（PEO）的固態電解質（SSE）因其與電極的出色粘附性和良好的加工性而極具吸引力。然而，由于其柔軟性，鋰枝晶很容易穿透PEO，從而導致電池性能下降和安全問題。

圖1 自修復性能測試

天津大學何春年、新加坡國立大學Andrew Barnabas Wong等通過加入2 wt%的無定形三維碳(3DC)制備了一種新型自愈合PEO基SSE。由于3DC具有三維結構，因此它能提供大量孔隙，使PEO鏈在機械上形成鉤環連接。此外，由于3DC的表面積較大，3DC與 PEO鏈之間的范德華力相互作用也會增強。

因此，3DC和PEO鏈之間的機械和化學作用使3DC與PEO基質具有極佳的親和力。結果，添加了2 wt% 3DC的PEO基 SSE（PEO-2wt% 3DC）具有更高的離子導電性、導熱性和機械強度。

圖2 對此電池性能

此外，3DC與PEO基體之間流動性的改善和強大的粘附力有助于SSE的自修復能力，從而可修復電池循環過程中形成的SSE裂縫。因此，所設計的SSE具有出色的電化學穩定性，在鋰對稱電池（0.1 mA cm^-2、0.1 mAh cm^-2）中實現了5000 小時的穩定循環，在1 C下的 LFP//Li全電池（0.31 mA cm^-2）中實現了850次長期穩定循環。

圖3 LFP//Li全電池性能

Self-healing polymer-based electrolyte induced by amorphous three-dimensional carbon for high-performance solid-state Li metal batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102893

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4. 三單位InfoMat：基于一維復合納米纖維的超穩定寬溫域鈉/鉀離子電池

開發具有長壽命和寬溫度適應性的電極對于實現高性能鈉/鉀離子電池（SIB/PIBs）至關重要。

圖1 材料制備示意

福建師范大學曾令興、陳慶華、云南師范大學王洪恩、德累斯頓工業大學Peixun Xiong等通過可控靜電紡絲和硒化之間的耦合策略，制備了SnSe₂-SePAN復合材料，以用于高穩定和寬溫域的SIB/PIBs，其中SnSe₂納米顆粒被均勻地封裝在SePAN基體中。

研究顯示，SnSe₂-SePAN獨特的結構不僅緩解了體積的劇烈變化，而且保證了復合材料的結構完整性，從而賦予SnSe₂-SePAN優異的鈉/鉀存儲性能。結果，SnSe₂-SePAN在寬工作溫度范圍內顯示出高的鈉存儲容量和優異的可行性（?15至 60°C: 300 mAh g^?1/700?cycles/?15°C; 352 mAh g^?1/100?cycles/60°C at 0.5 A g^?1）。

圖2 儲鈉/鉀性能

此外，在室溫下，SnSe₂-SePAN提供了創紀錄的超長循環壽命，在15 A g^?1下循環超過66000?次。

另外，它在PIBs中也表現出極其優異的電化學性能（在5 A g^?1下循環15000次后為?157 mAh g^?1）。非原位XRD和TEM結果證實了SnSe₂-SePAN的轉化合金機理，計算計算驗證了SePAN在增強SnSe₂-SePAN電極的電化學性能方面起著重要作用?？傮w而言，該研究為解決多硒化物的溶解問題，提高鈉鉀儲存的寬溫可操作性開辟了新的途徑。

圖3 儲鈉機理研究

Extraordinarily stable and wide-temperature range sodium/potassium-ion batteries based on 1D SnSe2-SePAN composite nanofibers. InfoMat 2023. DOI: 10.1002/inf2.12467

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5. Angew：雙功能添加劑實現快速的多硫化物轉化和可逆的鋰負極運行

可充鋰硫（Li-S）電池的商業化面臨兩個主要問題：一是正極上硫電化學反應的動力學緩慢；二是負極上的鋰沉積/剝離可逆性不足?，F有的研究通常采用專門為負極和正極單獨設計的添加劑來緩解這些問題。

圖1 In₂Se₃對動力學的影響

新加坡國立大學Jim Yang Lee等首次研究了In₂Se₃納米片作為Li-S電池正極添加劑和鋰負極改性劑的功效。具體而言，對于正極，這項工作首先研究了In₂Se₃@CNT/Li₂S∥Li電池中In₂Se₃對 多硫化物（PS）轉化的催化活性。

電化學測試和原位拉曼光譜證實，在In₂Se₃添加劑的存在下，硫電化學反應的氧化還原動力學得到了增強。電感耦合等離子體光發射光譜（ICP-OES）也檢測到電解液中存在In³⁺和Se^2-。對于負極，可溶性In³⁺和Se^2-物種在鋰金屬/電解質界面上形成了一個緊密層，其主要由LiInS₂和LiInSe₂組成。該層能夠支持更快的Li⁺擴散，并抑制電解液對鋰表面的失控腐蝕，從而提高鋰沉積和剝離的均勻性。

圖2 In₂Se₃對鋰負極的影響

此外，In₂Se₃的雙重功能對正極動力學和負極可逆性的影響也在無鋰金屬負極全電池（In₂Se₃@CNT-Li₂S∥Cu）中通過高庫侖效率和穩定循環得到了驗證。該電池在Li₂S負載為4 mg cm^-2、電解液/Li₂S比率低至7.5 μL mg^-1的條件下，在0.2 C時循環160次后，電池容量保持率為60%，平均庫侖效率為98.27%，這與最近采用單電極改性劑進行的研究相比，效果顯著。

圖3 In₂Se₃@CNT-Li₂S∥Cu電池性能

Fast Polysulfide Conversion Catalysis and Reversible Anode Operation by A Single Cathode Modifier in Li-Metal Anode-Free Lithium-Sulfur Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202308976

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6. Angew：具有電負性通道的烯烴連接COF作為鋰金屬電池的陽離子“高速公路”

盡管鋰金屬作為理想的負極材料極具吸引力，但不可控的鋰枝晶生長和不穩定的固體電解質界面一直困擾著它的實際應用。這些限制可歸因于Li⁺向鋰金屬表面緩慢且不均勻的遷移。

圖1 COF的設計

韓國延世大學Sang-Young Lee等報道了具有電負性通道的烯烴連接共價有機框架（COFs），以選擇性促進Li⁺的傳輸。研究顯示，將三嗪環和氟化基團摻入COFs骨架中，作為能夠與通道中浸漬的電解液發生靜電相互作用的富電子位點，可促進鹽的解離以產生Li⁺和反陰離子，并引導通道內均勻的Li⁺通量。

為從機理上理解COFs的影響，這項工作通過改變烯烴鍵中氟原子的數量來合成一系列COFs，從而控制通道的電負性。此后，將COFs與聚四氟乙烯（PTFE）粘結劑混合，以生產混合基質膜，當將其放置在電極之間時，該混合基質膜可以用作隔膜。

圖2 COF膜的表征

結果，在最佳的電負性環境下，COF膜在室溫下表現出0.85的高Li⁺遷移數（t_Li+）和1.78 mS cm^?1的高離子電導率，證明了其作為加速Li⁺遷移的離子高速公路的作用。由于這種有益的效果，COF膜在Li/Li對稱電池中實現了超過700小時的可靠的鋰沉積/剝離循環能力。此外，COF膜使Li/LiFePO₄電池能夠實現穩定的容量保持，驗證了其作為鋰金屬電池的陽離子高速公路膜的潛力。

圖3 全電池性能

Olefin-Linked Covalent Organic Frameworks with Electronegative Channels as Cationic Highways for Sustainable Lithium Metal Battery Anodes. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202307459

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7. 張會剛/朱慶山/惠俊峰ACS Nano：將釩摻入二硫化鈮，獲得更好的催化活性

盡管鋰硫（Li-S）電池具有較高的比能量并有望成為下一代儲能電池，但其存在多硫化物穿梭、氧化還原動力學緩慢和循環性差等問題。迫切需要催化劑來加速多硫化物的轉化并抑制穿梭效應，然而，結構-活性關系的缺乏阻礙了高效催化劑的合理開發。

圖1 催化劑設計概念說明

中國科學院過程工程研究所張會剛、朱慶山、西北大學惠俊峰等對Nb-V-S體系進行了研究，并提出了一種用于高效Li-S電池的V摻雜NbS₂（Nb₃VS₆）催化劑。具體而言，這項工作合成了VS₂、NbS₂ 和 Nb₃VS₆（NbV_1/3S₂），以破解它們在Li-S電池中催化活性的差異。經過嚴格的比較后，作者發現VS₂對多硫化物的吸附力略強于NbS₂，因而具有較高的催化活性。當在NbS₂板的層間位點中引入1/3V時，得到的 Nb₃VS₆與NbS₂和VS₂相比具有更優的催化活性。

圖2 多硫化物與催化劑之間的催化與吸附

當采用Nb₃VS₆作為催化劑時，Li-S電池在0.1C和2C條件下分別產生了1541 mAh g^-1和1037 mAh g^-1的高容量，循環1000次后仍能保持73.2%的初始容量。理論建模表明，Nb₃VS₆的高催化活性可能是由[NbS₆]板之間的面內斷開的[VS₆]八面體引起的。表面上[VS₆]八面體的亞配位S原子在基面上比[NbS₆]/[VS₆]多面體對多硫化物的吸附更強，導致高催化活性。因此，這種通過在二維板之間引入V而形成的中間化合物提供了一種制備高效Li?S催化劑的先進方法。

圖3 Li-S電池性能

Vanadium Intercalation into Niobium Disulfide to Enhance the Catalytic Activity for Lithium–Sulfur Batteries. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c02634

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8. 胡音/程偉/晏超貽AEM：量身定制SEI，提高軟包鋰硫電池5倍壽命！

鋰硫（Li-S）電池因其較高的理論比容量而被視為鋰離子電池的一種有前景的替代品。雖然在開發高性能實驗室規模的紐扣電池方面已經取得了一些成果，但由于其較差的循環性，相關策略無法應用到實用的軟包電池中。

圖1 DCL電解液的設計

電子科技大學胡音、程偉、晏超貽等展示了一種含有1,1,2,2,3,3-六氟丙烷-1,3-二磺酰亞胺鉀鹽和雙三氟甲磺酰亞胺鋰鹽的衍生物可控液態（DCL）電解液，它允許鋰鹽在溶劑之前在鋰金屬表面優先分解。研究顯示，這樣的電解液不僅能在固體電解質界面（SEI）中富集無機氟化鉀和氟化鋰，還能通過防止溶劑分子從鋰金屬上獲得電子來抑制溶劑消耗。

圖2 SEI分析

受益于上述優勢，在電流為 300 mA 的情況下，Li-S軟包電池可實現從幾十次（<40 次循環）到200多次穩定循環的突破，顯示出巨大的商業化潛力。這項研究表明，在SEI的形成過程中誘導鹽類而不是溶劑優先分解，可能是穩定鋰金屬負極并生產實用Li-S軟包電池的一種有前景的方法，這為推動Li-S電池的商業化提供了參考。

圖3 Li-S軟包電池的性能

Tailoring Interfacial Derivative for Lithium–Sulfur Pouch Cells with Ultra-Long Cycling Performance. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202301233