1. Arumugam教授AEM：探索局部飽和電解液中溶劑與稀釋劑的合理選擇！

電解液在穩定可充鋰金屬電池(LMB)的高反應性鋰金屬負極(LMA)和高壓正極方面發揮著關鍵作用。局部高濃度電解液（LHCEs）在LMB方面已經取得了顯著的成功。然而，最先進的LHCEs是以LiFSI鹽為基礎的，其價格非常昂貴。

德克薩斯大學奧斯汀分校Arumugam Manthiram等系統地探討了低成本的LiPF₆鹽與一系列溶劑和稀釋劑配合在無鈷LiNiO₂正極的LMB中的應用。

圖1 不同類型電解液的示意圖及各種溶劑和稀釋劑

這項工作探索了LiPF₆基局部飽和電解液(LSE)在具有無鈷LiNiO₂的LMB中的應用。作者對四種溶劑，即碳酸乙烯酯(EC)/碳酸甲乙酯(EMC)、氟代碳酸乙烯酯 (FEC)/EMC、1, 2-二甲氧基乙烷(DME)和磷酸三乙酯(TEP)，以及四種稀釋劑，即1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2,3-四氟丙基醚(TTE)、1,1,2,2-四氟乙基甲基醚(TME)、雙(2,2,2-三氟乙基)醚(BTFE)和1,1,2,2,-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚(TFTFE)進行了系統的研究，以了解它們對應用于LMB的LSE性能的影響。研究發現，對于所有四種研究的溶劑，當LiPF₆鹽濃度增加到接近其飽和濃度時，會形成獨特的溶劑化結構，例如接觸離子對（CIPs）和聚集體（AGGs）。獨特的溶劑化結構會影響溶劑分子和PF₆^–陰離子的鍵長，從而改變它們的LUMO和HOMO水平以及它們的還原和氧化穩定性。此外，稀釋劑分子可以與內溶劑化鞘相互作用，影響溶劑化結構簇的大小及其分布。這種效果不同于之前對基于LiFSI的LHCE中非溶劑化稀釋劑和內溶劑化簇之間相互作用的理解。

圖2 在具有不同溶劑的LSE中測試的LiNiO₂電池的電化學性能

盡管所有測試的LSE都有助于在電極表面形成富含LiF的界面，但具有EC/EMC和FEC/EMC溶劑的LSE具有有益影響，而采用DME和TEP溶劑的LSE對LiNiO₂電池具有有害影響。此外，除TME外，其他三種稀釋劑均與LSE(FEC/EMC)相容，提高了LiNiO₂電池的循環穩定性。因此，當使用新的鋰鹽開發LHCE和LSE時，選擇合適的溶劑和兼容的稀釋劑至關重要。LiPF₆基LSE中的FEC/EMC溶劑和TTE稀釋劑的組合提供了LiNiO₂ 基LMB的最佳性能。

圖3 采用具有不同稀釋劑的LSE(FEC/EMC)的LiNiO₂電池的電化學性能

Uncovering the Solvation Structure of LiPF6-Based Localized Saturated Electrolytes and Their Effect on LiNiO2-Based Lithium-Metal Batteries. Advanced Energy Materials. DOI: 10.1002/aenm.202201911

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2. 華中農大葉歡/曹菲菲AM：自適應保護層增強富鎳層狀正極循環穩定性！

層狀富鎳鋰過渡金屬氧化物因其高比容量而成為有前途的電池正極，但由于二次顆粒的晶間裂紋導致其循環穩定性差，限制了其實際應用。表面工程是提高正極循環穩定性的有效策略，但大多數報道的表面涂層不能適應正極的動態體積變化。華中農業大學葉歡、曹菲菲等在LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂（NCM622）上構建了一個自適應聚合物（聚輪烷-共聚丙烯酸）界面層。

圖1 PR-co-PAA對NCM正極的多功能保護示意圖

具體而言，PR-co-PAA由穿在聚乙二醇（PEG）鏈上的α-環糊精（α-CD）環組成，α-CD環通過酯連接與PAA共價交聯。鏈的滑動運動使PR-co-PAA具有延伸性和韌性，從而緩解了機械應力并適應了各向異性的體積變形。因此，二次顆粒上均勻的表面涂層有助于修復嚴重的微裂縫，從而使電極結構完整，循環性能穩定。此外，PR-co-PAA涂層還起到了保護層的作用，將NCM顆粒與液體電解液隔離開來，從而抑制了嚴重的界面副反應，緩解了過渡金屬的溶解。

圖2 NCM和NCM@PR-co-PAA的電化學性能和循環后的結構表征

受益于保護性涂層的協同效應，改性的NCM622正極的結構穩定性和循環性能都得到了改善。即使在苛刻的條件下，如高C率、擴大的截止電壓（4.7V）和高溫（55℃），也能保持這種性能。總之，這項工作為穩定NCM基正極提供了一種有效的方法，并為通過表面工程構建先進的電極材料提供了思路。

圖3 高壓條件下的電化學性能

Building a Self-Adaptive Protective Layer on Ni-Rich Layered Cathodes to Enhance the Cycle Stability of Lithium-Ion Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202204835

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3. 周光敏AFM：高安全柔性鋰硫電池，彎曲1000次后仍保持96%容量！

采用凝膠聚合物電解質的固態鋰硫（Li-S）電池已經引起了廣泛關注，因為與液態電解質相比，其安全性更高，與陶瓷電解質相比，其界面電阻更低。然而，除了其不盡人意的鋰離子傳導性和相對較低的機械強度外，凝膠聚合物電解質中不可避免的多硫化物穿梭現象仍然限制了其發展。

清華大學深圳國際研究生院周光敏等設計了一種聚環氧乙烷-聚丙烯腈（PEO-PAN）共聚物膜電解質，其中PAN纖維既是填充劑又是交聯劑。

圖1 EO-PAN-LiTFSI膜電解質的制備和表征

具體而言，這項工作通過將PEO/LiTFSI滲透到PAN纖維網絡中，制備了一種具有高機械強度和改善離子傳導性的聚合物電解質膜。這種電解質結合了PAN纖維填充物和PEO-PAN交聯結構的優點，產生了高離子傳導性和高鋰鹽解離能力。PEO中的醚基和PAN中的氰基之間的反應被確認為交聯機制。此外，PEO-PAN-LiTFSI電解質對多硫化物有較強的吸附作用，抑制了穿梭效應，減少了容量衰減，這一點在理論計算中得到了驗證。

圖2 扣式Li-S電池的電化學性能

因此，受益于上述優勢，當PEO-PAN-LiTFSI電解質用于Li-S扣式電池時，獲得了良好的循環穩定性和倍率能力。當用于軟包電池時，PEO-PAN-LiTFSI在彎曲的情況下與正負極均能保持良好的接觸，在彎曲1000次后仍能保持96%以上的容量。總之，這項工作為開發新型交聯凝膠電解質提供了理論基礎，并為解決固態Li-S電池中的多硫化物穿梭問題提出了新的方法。

圖3 PEO-PAN-LiTFSI基柔性Li-S軟包電池性能

Crosslinked Nanofiber-Reinforced Solid-State Electrolytes with Polysulfide Fixation Effect Towards High Safety Flexible Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI：10.1002/adfm.202203272

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4. PNNL 張繼光AFM：穩定電極/電解質界面實現高壓鈉電池的穩定循環

開發先進的電解液對于穩定電極/電解質界面反應，從而延長鈉電池的循環穩定性至關重要，特別是當高壓正極（如NaNi_0.68Mn_0.22Co_0.10O₂（NaNMC））被用于實現電池的高能量密度時。

太平洋西北國家實驗室（PNNL）張繼光、Phung M. L. Le等報道了一種基于雙氟磺酰亞胺鈉（NaFSI）-磷酸三乙酯（TEP）的先進電解液，它對高壓正極高度穩定，可使鈉電池能夠長期循環使用。

圖1 Na||NaNMC電池性能

研究顯示，采用這種電解液的Na||NaNMC電池在截止電壓為4.2V和0.5C電流密度下經過500次循環后，容量保持率達到89%。硬碳||NaNMC的全電池在200次循環后也表現出83.5%的良好容量保持率。NMBs和NIBs的穩定循環可以歸功于NaNMC正極和HC負極上形成的穩定的CEI和SEI層，這可以抑制正極的表面重構、過渡金屬從正極的溶解、SEI的溶解以及電解液/電極界面的連續副反應。

圖2 HC||NaNMC電池性能

循環后的電極分析顯示，界面CEI和SEI層主要由鹽分解產生，具有較高的穩定性能。因此，增強的界面穩定性允許NMBs和NIBs在高電壓下持續運行。這些發現加深了我們對電極-電解質界面和電化學性能之間相關性的理解，并可以通過操縱電解液的化學性質和界面特性來指導鈉電池的進一步改善。

圖3 CEI分析

Stabilizing Interfacial Reactions for Stable Cycling of High-Voltage Sodium Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202204995

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5. 鄧永紅/常建/鄭子劍AM：高比能柔性鋰金屬電池，可承受4000次彎曲循環！

鋰金屬負極為高能量密度的鋰金屬電池（LMBs）提供了一個有前景的解決方案。然而，由于枝晶沉積和固體電解質界面的破壞，鋰金屬在充電過程中的顯著體積膨脹導致循環穩定性較差。

南方科技大學鄧永紅、常建、香港理工大學鄭子劍等提出了一種簡單的一步法輥對輥制備零體積膨脹鋰金屬復合負極（zeroVE-Li），以實現高能量密度LMB的出色電化學和機械穩定性。

圖1 材料制備及表征

通過采用一步滾壓法，將電子絕緣介孔聚合物層和親鋰合金層嵌入超薄金屬化碳纖維墊的上下兩面，很容易地制備zeroVE-Li。上面的電子絕緣層和下面的親鋰層可以協同促進鋰離子的深層遷移和自下而上地在zeroVE-Li內部沉積出均勻而致密的金屬鋰。重要的是，中間的多孔層不僅消除了zeroVE-Li在反復沉積/剝離過程中的體積膨脹，而且提高了各種機械變形時的機械柔韌性，甚至在實際面容量超過3.0 mAh cm^-2時也是如此。

圖2 zeroVE-Li的雜化SEI和循環穩定性

進一步通過將zeroVE-Li與高壓和高面容量（3.0 mAh cm^-2）的NMC811或LCO正極配對，展示了高性能的柔性全電池。該全電池可以在4000次彎曲循環（半徑：4毫米）中以高容量保持率（每循環>99.8%）穩定地循環。此外，作者還展示了一個串聯的柔性LMB，它具有顯著的全電池能量密度（375 Wh L^-1，基于正負極、隔膜封裝的體積），還提供了破紀錄的45.6的柔性電池的優勢圖（FOM）。最高的FOM和出色的循環穩定性表明，zeroVE-Li負極適合同時實現柔性電池的高能量密度、高機械柔性和高電化學穩定性。

圖3 全電池性能

Roll-to-roll Fabrication of Zero-Volume-Expansion Lithium Composite Anodes to Realize High-Energy-Density Flexible and Stable Lithium Metal Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202205677

6. 貴大邵姣婧EnSM：基于二維蒙脫土的高倍率和長壽命鋰硫電池

在鋰硫電池中，多硫化物的氧化還原反應動力學被不利的電子傳導和離子傳輸所阻撓。

貴州大學邵姣婧等通過將單層鋰-蒙脫土（MMT）和氮摻雜的還原氧化石墨烯（RGO）整合在一起，設計了一種具有快速離子/電子傳輸雙通道的二維異質結構，以解決上述問題。

圖1 MMT/RGO的合成

具體而言，這項工作通過GO和帶正電荷的MMT單層的靜電組裝以及熱退火，開發出了一個在RGO上均勻分布MMT單層的二維異質結構夾層。這樣的異質結構很好地整合了每個成分的優點，MMT上完全暴露的Si-OH基團通過基于路易斯酸的相互作用使異質結構與多硫化物具有很強的親和力，并且由于鋰離子擴散障礙較低而實現了快速離子傳輸。附近的RGO為吸附的多硫化物提供了即時的電子傳導途徑，從而確保了快速的電化學氧化還原反應動力學。

圖2 對多硫化物的吸附和催化轉化

因此，采用異質結構夾層的鋰硫電池顯示出對多硫化物臭名昭著的”穿梭效應”的有效抑制、0.2C時1317 mAh g^-1的高初始比容量、甚至在3C時848 mAh g^-1的高倍率容量、以及1C下200次循環中每循環0.011%和2C下600次循環中每循環0.067%的低容量衰減率。此外，相應的軟包電池在0.05C時顯示出1542 mAh g^-1的高初始放電容量。總之，這項工作展示了低成本和環保的粘土作為二維異質結構夾層材料在實現高能量密度、長壽命和高倍率Li-S電池方面的潛在應用。

圖3 Li-S電池性能

Two-dimensional Montmorillonite-based Heterostructure for High-Rate and Long-Life Lithium-Sulfur Batteries. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.07.041

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7. 張鎖江院士/張蘭EEM：剛柔并濟粘結劑實現高性能硅負極！

硅負極對于推進能量密集型鋰離子電池（LIBs）至關重要。然而，在其鋰化過程中產生的巨大體積變化和應力帶來了巨大的挑戰，阻礙了其應用。

中科院過程所張鎖江院士、張蘭等采用軟組分瓜爾豆膠（GG）和剛性線性聚合物陰離子聚丙烯酰胺（APAM）制備了一種復合粘結劑，以應對上述問題。

圖1 材料表征

由于其強大的靜電力以及線性分子鏈的捕捉效應，APAM是一種常用的水凈化絮凝劑，在這項工作中被用作GG的骨架，得到網狀結構。柔軟且具有Li⁺導電性的GG鏈被松散地包裹在剛性的APAM分支中，分子鏈上豐富的羥基和羧基使其與Si緊密有效地結合。此外，網狀結構仍然可以封裝硅顆粒，通過鏈的延伸使其鋰化和膨脹。因此，帶有A2G1粘結劑的硅電極在鋰化時顯示出有限的厚度變化，僅為9%，遠遠低于GG（85%）和APAM（50%），并在脫鋰過程中幾乎恢復了其原始厚度。

圖2 電化學性能

受益于上述優勢，該電極還表現出令人印象深刻的循環穩定性和倍率性能，在電流密度為1800 mA g^-1時，經過100次循環后顯示出2104.3 mAh g^-1的高可逆容量，在10.8 A g^-1時顯示出966 mAh g-1的高倍率容量。此外，在恒定容量（1000 mAh g-1）測試中，它也顯示出392次的長壽命。因此，這種軟硬結合的網狀粘結劑顯示了它在未來應用中的巨大潛力。

圖3 循環過程中的電極厚度變化

A Web-like Three-dimensional Binder for Silicon Anode in Lithium-ion Batteries. Energy & Environmental Materials 2022. DOI: 10.1002/eem2.12482

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8. 麥立強/徐林ACS Energy Lett.：循環達10000次，超穩定準固態鋅離子電池！

準固態鋅金屬電池由于其固有的安全性和高能量密度，在下一代電池中顯示出巨大的潛力。然而，靜態的準固態電解質表面和動態的Zn負極體積變化之間的不匹配將導致劣質的界面接觸，這嚴重阻礙了Zn基電池的發展。

武漢理工大學麥立強、徐林等提出了一種獨特的空間分子組合策略來設計一種用于構建動態自適應界面的超快自愈電解質。

圖1 瓜爾膠分子構象調控的空間分子結合效應

這項工作創新地將甘油引入瓜爾膠系統，以構建空間分子梳。具體而言，甘油通過氫鍵相互作用吸附在瓜爾豆膠分子鏈上，抑制碳-碳單鍵的旋轉，從而梳理和拉直分子鏈。由此產生的暴露的醇羥基活性位點可以與硼酸鹽動態交聯，以實現超快的自愈能力。此外，電解液與體系中的活性水分子具有更強的結合能，使Zn²⁺初級溶劑化殼層中的水分子數從6個減少到3.8個。

圖2 自愈和自適應界面的表征

由于其超快的自愈性和由此產生的自適應性，凝膠電解質和鋅負極在反復的鋅剝離/沉積過程中保持了連續和緊密的動態連接。受益于提升的鋅可逆性，在10 mA cm^-2的電流密度和10 mAh cm^-2的大容量條件下，Zn||Zn對稱電池保持了400小時以上的穩定性。采用自適應界面的全電池在1 A g^-1的條件下循環500次后顯示出200 mAh g^-1的容量，在10 A g^-1的條件下循環10000次后具有98.5%的容量保持率。這種準固態電池充分證明了動態自適應界面的可行性，并為安全儲能設備的實際應用鋪平了道路。

圖3 具有自適應界面的鋅離子全電池的電化學性能

Steric Molecular Combing Effect Enables Ultrafast Self-Healing Electrolyte in Quasi-Solid-State Zinc-Ion Batteries. ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.2c01459