1. Nano Energy：穩定雙電極電解質界面實現4.7V高壓 Li||LiCoO₂ 電池

將截止電壓提高到 4.65 V 以上可顯著提高 LCO 電池的能量密度，但隨之而來的不可逆內部結構劣化和界面上的嚴重副反應會加速容量衰減。高電壓 LCO 電池的應用要求仍然具有挑戰性。

在此，廈門大學楊勇團隊將三苯基膦硒（TPPSe）作為多功能添加劑參與電解質，可同時構建穩定的負極/電解質相間層（SEI）和正極/電解質相間層（CEI）薄膜，并增強高壓 LCO 電池的耐久性。TPPSe 中的特殊 “雙酚鍵”（Sedouble bond）P基團可在正極側優先氧化形成 SeOx 和磷酸鹽，從而提高 LCO 的高壓穩定性，并在負極側還原形成 Li₂Se 和 Li₃P，使鋰（Li）金屬負極得到很好的保護。

本研究通過 XPS、TOF-SIMS、STEM、AFM、DEMS 等方法揭示了其作用機理。此外，在含 TPPSe 的電解液中引入了 10 wt% 的 FEC 和 1 wt% 的 HTCN，大大提高了高壓穩定性。正如預期的那樣，在超高截止電壓（4.7 V）和低 N/P 比（1.19）條件下，Li||LCO 軟包電池經過 100 次循環后，容量達到 169 mAh g^-1。

圖1. 電池性能

總之，該工作將帶有功能性”雙酚鍵”（Sedouble bond）P基團的 TPPSe 成功地應用于高壓 LCO 電池的碳酸酯基電解質中。在 LCO 正極側，TPPSe 可優先參與形成帶有 SeOx 和 P-O 基團的CEI，大大減輕了界面副反應，顯著抑制了 LCO 晶格中劣質 Co 的溶解和氣體產生。在鋰金屬負極方面，由于由 Li-Se 和 P-Li 物種組成的 TPPSe 衍生富無機 SEI，鋰沉積形態更加平滑，鋰 CE 值更高。因此，在含有 0.2 wt% TPPSe 的電解液中，鋰聚合物電池在充電截止電壓為 4.65 V 時的循環性能得到了明顯改善（500 次循環后容量保持率為 74.1%）。

此外，在含 TPPSe 的電解液中還添加了 FEC 和 HTCN，以增強鋰||LCO 全電池的高壓耐久性，并將截止電壓升高至 4.7 V，0.2% TPPSe-FH 電解液循環 300 次后，電池容量達到驚人的 155 mAh g^-1。因此，該項工作為開發高價值電解質添加劑和實現穩定LCO 的高壓電池提供了前景。

圖2.添加FEC，HTCN的電池性能

Additive Evolved Stabilized Dual Electrode-Electrolyte Interphases Propelling the High-Voltage Li||LiCoO2 Batteries up to 4.7V, Nano Energy，2023，DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.109095

2. Energy Storage Materials：羥基溶液和陰離子受體實現氟化銅電池的可逆轉化反應

金屬氟化物作為轉換反應正極，因其低成本、環保和高能量密度等優點而受到越來越多的關注。其中，CuF₂ 具有較高的理論能量密度（1874 Wh/kg）和轉換反應電位（3.55 V vs. Li+/Li），但由于在脫硫化過程中會發生銅的溶解，其可逆性較差。

在此，中國科學院上海硅酸鹽研究所李馳麟團隊采用富含羥基的氟化銅（Cu₂(OH)₃F）作為轉化正極，并結合電解質添加劑工程來解決可逆性瓶頸問題。

其中，羥基的存在可有效抑制Cu²⁺的溶解，并賦予 Cu₂(OH)₃F 分相轉化機制，從而提高反應的可逆性和動力學性能。與具有路易斯酸性的硼陰離子受體為基礎的電解質相結合，促進了陰離子從 Cu₂(OH)₃F 晶格中的解離和轉化，從而進一步提高了循環性能，50 次循環后的可逆容量超過 200 mA h/g。

圖1. 制備流程及結構表征

總之，該工作提出了一種富含羥基的銅基氟化物材料（Cu2(OH)3F-c）作為氟化鋰電池的轉換正極（可逆容量～500 mA h/g）。OH 的存在能有效抑制 Cu(I) 的溶解，顯著提高銅基氟化物的轉化反應可逆性。此外，與F相比，OH作為陰離子配體具有更好的電子傳導性，有利于改善轉化反應動力學。

結果顯示，Cu₂(OH)₃F-c 具有分相轉換機制，從而導致異質結構界面的增加。LiOH 和 LiF 納米結構周圍更多的多相界面也為離子傳輸提供了更多潛在途徑，并促進了 Cu₂(OH)₃F-c 正極的轉化反應動力學。

此外，BAA 策略還用于改善 Li-Cu₂(OH)₃F-c 電池的性能，這主要得益于具有溫和路易斯酸性的 BAA 對陰離子（F^– 和 OH^–）從固體晶格中解離和轉化的輔助作用。

圖2. 電池性能

Enable reversible conversion reaction of copper fluoride batteries by hydroxyl solution and anion acceptor, Energy Storage Materials，2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103073

3. Advanced Materials：雙殼納米籠內的串聯催化實現高性能鋰硫電池

單原子催化劑（SAC）可有效緩解鋰硫（Li-S）電池中多硫化鋰（LiPS）的穿梭效應和緩慢的氧化還原動力學，但由于多硫化鋰的多步轉化需要多功能活性位點進行串聯催化，因此其理想性能尚未實現。

在此，北京化工大學劉文團隊開發了雙殼納米籠（DSNCs），將分離的、可調的單原子位點作為納米反應器，觸發串聯催化，促進鋰離子電池的高效電化學轉換進而實現高容量和耐用的鋰離子電池。內含 Co-N₄ 位點和外含 Zn-N₄ 位點的 DSNC（S/CoNC@ZnNC DSNC）在 1 C 條件下表現出 1186 mAh g^-1 的高比容量，并且在 500 次循環過程中，每次循環的容量衰減率僅為 0.063%。

即使在高硫負載（4.2 mg cm^-2）和低 E/S 比（6 μL mg^-1）的情況下，電池也能顯示出卓越的循環穩定性。此外，Li-S 軟包電池還能穩定循環超過 160次。

圖1. 電池性能

總之，該工作將分離的、可調的單原子位點作為作為納米反應器促進鋰離子電池的串聯反應，從而產生了高比容量（1 C 時為 1186 mAh g^-1）、優異的倍率性能（4 C 時為 766 mAh g^-1），以及 1000 次循環后 73% 的容量保持率（每次循環的容量衰減率為 0.025%）。

實驗和 DFT 模擬證明，Co-N₄ 和 Zn-N₄ 位點可分別選擇性地催化長鏈 LiPSs和短鏈 LiPSs的轉化，使轉化過程中的兩個連續反應主要在空間催化性能更好的位點上進行，從而實現了高效的串聯催化。因此，該項工作推進了復雜形態單原子催化劑的可控合成，為未來設計多步催化體系提供新的見解和啟發。

圖2. 機理探究

Tandem Catalysis Inside Double–shelled Nanocages with Separated and Tunable Atomic Catalyst Sites for High Performance Lithium–sulfur Batteries, Advanced Materials，2023，DOI: 10.1002/adma.202310547

4. ACS Nano：碳氧化硅中 Si-O 結構的調控實現長壽命鋰金屬負極

利用納米種子引導鋰的均勻沉積是抑制鋰無序生長的有效策略，其中氧化硅作為一種轉化種子備受關注。然而，對氧化硅基種子的研究更多地集中于利用其親鋰性，而較少關注其 Si-O 結構，這可能會導致不同的失效機制。

在此，北京化工大學宋懷河、陳曉紅等人通過調整八(氨基丙基硅倍半氧烷)的含量，制備了不同Si-O結構的碳化硅納米纖維。根據 XANES 和實驗觀察，富含 C 的 SiOC 具有活躍的 Si-O-C 結構，但在鋰化過程中會產生較大的體積變化；而在富含 O 的相中，硅氧四面體結構有助于緩解體積膨脹，但電化學活性較差。

以SiO³C為主的SiOC具有合適的Si-O和硅氧四面體結構分布，可以平衡電化學活性和體積膨脹。這使得宿主在2 mA cm^-2 的電壓滯后22 mV條件下顯示出超過3740 小時的出色壽命，并且在630 次循環后仍能保持 97 mA h g^-1 的良好容量，在全電池中庫侖效率高達 99.7%。

圖1. 電化學性能

總之，該工作利用靜電紡絲技術制備的超均質碳化硅納米纖維可用于金屬鋰負極，實現超長壽命。通過利用 XPS 和 XANES 分析發現，隨著 POSS-NH₂ 添加劑含量的增加，富 C 相中以 Si-C 和 Si-O-C 結構為主的 SiO₂C₂ 轉變為以 SiO₃C 結構為主的 Si-O-C 和硅氧四面體結構，并最終轉變為典型的硅氧四面體結構。SiO₃C 中的 Si-O-C 和硅氧四面體結構平衡了電化學活性和體積膨脹的影響。

因此，在對稱電池中，當電流為 2 mA cm^-2 時，可達到3740 小時；當電流為 4 mA cm^-2 時可達到2100 小時；在全電池中，經過 630 次循環后可保持 97.0 mAh g^-1 的顯著容量和高的 CE 值（99.7%）。因此，該項研究表明除了親鋰物質本身的親鋰性外，還應考察它們對自身體積膨脹的影響。

圖2. 電池性能

Modulation of Si–O Structure in Uniformly Ultrasmall Silicon Oxycarbide for Superior Lifespan of Lithium Metal Anodes, ACS Nano，2023，DOI: 10.1021/acsnano.3c08561

5. Journal of the American Chemical Society：精細電解質和界面化學實現高能無負極可充電鈉電池

無負極可充電鈉電池是高能量“超鋰”電化學存儲技術的終極選擇之一。由于僅使用正極的活性Na離子，無負極電池的循環壽命通常有限，因為不穩定的電解質化學會阻礙負極的有效鍍/剝離Na和層狀氧化物正極的高壓操作。合理設計電解液以提高其與電極的相容性是實現電池的關鍵。

在此，中科院化學所萬立駿院士、郭玉國等人通過細化兩種傳統線性醚溶劑的體積比，二元電解質形成陽離子溶劑化結構，該結構有助于Na金屬在負極集流體上平坦生長，并適用于P2-/O3型層狀氧化物正極的高電壓Na（de）嵌入和Na₂C₂O₄補充劑的氧化分解。

無機氟化物，如氟化鈉，對金屬鈉的電鍍圖案和負極-電解質界面上電鍍金屬的有效鈍化有著重要影響。基于精煉電解質的無負極電池已證明具有高庫侖效率、長循環壽命以及聲稱電池級比能>300 Wh/kg的能力。

圖1. 電池性能

總之，該工作通過調控共溶劑的化學組成，二元醚電解質具有的抗還原和抗氧化的溶劑化結構使其獲得足夠大的電壓窗口，為構建高能電池奠定了基礎。在1 M的NaPF₆鹽中，在Al?C集流體表面電沉積Na時，電解質促進了富NaF的SEI的產生有助于無枝晶的平面外延金屬生長。在正極側，電解質與高壓(非)電荷的P2/ O3層狀氧化物材料兼容。

使用該電解質組裝的無負極鈉離子電池，電池比能量超過300 Wh/kg，在材料成本和資源可持續性方面優于石墨||LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂電池。優化電解質結構和界面化學的設計策略可以應用于具有類似工作機制的其他電化學體系，從而促進高能可充電電池的研究和開發。

圖2. 溶劑化結構

Refined Electrolyte and Interfacial Chemistry toward Realization of High-Energy Anode-Free Rechargeable Sodium Batteries, Journal of the American Chemical Society，2023，DOI: 10.1021/jacs.3c07804

6. Nano Energy：CoIn₃ 特定面吸收促進鋰的均勻沉積實現無枝晶金屬鋰負極

鋰金屬有望成為未來高能量密度鋰電池的理想負極材料。然而，鋰枝晶的不可控生長會導致電池內部短路和電池故障，這已成為鋰金屬電池商業化的障礙。

在此，北京理工大學陳人杰，電子科技大學廖家軒，王思哲，Ye Chenqing等人通過對帶有三維泡沫鈷（CoIn₃ @CF）的超親鋰銦箔進行低溫熱處理，開發了一種具有親鋰 CoIn₃ 成核位點的表面，從而實現了均勻的鋰沉積。具有三維多孔結構的 CoIn₃ @CF 為鋰離子（Li）的快速傳輸提供了通道，并抑制了體積膨脹。

因此，在對稱電池中，CoIn₃@CF 在 40 mA cm^-2/1 mA cm^-2 的條件下可循環 2400 小時。此外，以 Li/CoIn+3@CF 為負極、LiFePO₄ 為正極的全電池在 800 次循環周期內的效率超過 99.3%。

圖1. 理論模擬

總之，該工作通過在三維多孔 CF 基底中均勻加入親鋰 CoIn₃ 粒子，開發出了一種穩定、無枝晶且高效的鋰負極。結果顯示，CoIn₃ 粒子通過鋰在 CoIn+3 合金不同面之間的吸附和擴散的協同作用，降低了界面電流密度，從而避免了鋰枝晶的生長，實現了鋰層的均勻沉積。同時，表面具有親鋰位點的 CoIn₃@CF促使界面電阻下降，這表明界面親鋰性的改善伴隨著均勻的擴散模式。

此外，CoIn₃@CF 在高鋰離子通量情況下提供了大量成核位點。因此，在 40 mAh cm^-2/1 mA cm^-2 的條件下，Li/CoIn+3@CF 負極可實現循環超過 2400 小時。因此，該項工作證明了三維親鋰框架在抑制鋰枝晶生長方面具有良好的應用前景。

圖2. 電池性能

Promoting Homogeneous Lithium Deposition by Facet-specific absorption of CoIn3 for Dendrite-free Lithium Metal Anodes, Nano Energy 2023，DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.109093

7. Nano Letters：揭示鋰離子電池電解液中LiPF₆的水解機理

六氟磷酸鋰（LiPF₆）幾十年來一直是鋰離子電池（LIB）電解質中的主要導電鹽；然而，即使在微量水（ppm水平）中，它也極不穩定。有趣的是，在純水中，PF₆^–不會發生水解。

在此，清華大學何向明團隊通過理論和實驗探索，對PF₆^–水解的機理有了新的認識。在水中，PF₆^–被水溶劑化，這種溶劑化大大提高了其水解穩定性；而在電解質中，由于平衡離子的離解，它被迫“漂浮”。

其水解敏感性源于溶劑化誘導的電荷積累不足以及與酸性物質親電反應的高活性。調整溶劑化環境，即使添加更多的水，也可以抑制PF₆^–的水解。因此，PF₆^–陰離子的溶劑化歸因于長期存在的LIB電解質系統。

圖1. 溶劑化結構

總之，該工作通過理論計算和核磁共振測量探究了 LiPF₆ 在鋰電池電解液和純水中水解穩定性差異的原因。研究發現，PF₆^–在鋰離子電池電解液中的水解穩定性低可能是由于PF₆^– 在目前使用的電解液溶劑中的溶解度有限。

此外，阻礙 PF₆^– 在電解液中水解的最有效方法是在電解液中引入大量的水。對于鋰離子電池的實際應用，作者根據這項研究獲得的新見解提出了進一步的預測：提高電解質溶劑的介電常數和氫鍵酸度有望改善 LiPF₆ 鹽的水解穩定性，而這與鋰離子電池的循環性能息息相關。

圖2. 不同體系電解液中LiPF₆的核磁分析

Unraveling the Hydrolysis Mechanism of LiPF6 in Electrolyte of Lithium Ion Batteries, Nano Letters，2023，DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c01682

8. Nature Communications：精確合成CoFe@FeOx納米顆粒調節多硫化物

均勻分布在載體上的復雜金屬納米顆粒表現出獨特的物理化學性質，因此引起了廣泛的應用關注。常用的濕化學方法在同時實現納米粒子結構設計和均勻分散方面存在局限性。固相合成是一種有趣的策略，可以實現在載體上制造復雜的金屬納米顆粒。

在此，中國科學院大連化物所劉健，中國科技大學余彥，太原理工大學省部共建煤基能源清潔高效利用國家重點實驗室章日光等人開發了固相合成策略，以精確合成均勻分布的CoFe@FeOxccore@shell納米顆粒。其中，Fe原子優先從CoFe合金塊體中溶出到表面，然后在熱合成氣氣氛下滲碳成FexC殼，隨后將形成的FexC殼通過空氣鈍化，得到具有CoFe合金核和FeOx殼的CoFe@FeOx。

該策略對于 MFe@FeOx（M = Co、Ni、Mn）的合成是通用的。CoFe@FeOx作為Li-S和Na-S電池的隔膜涂層，在調節多硫化物方面表現出雙功能效應。因此，該策略可以開發成固相合成系統來構建分布良好的復雜金屬納米顆粒。

圖1. 理論模擬

總之，該工作開發了一種固相合成策略，通過熱合成氣處理精確合成了分散良好的 CoFe@FeOx 核@殼 NPs。CoFe@FeOx 具有 CoFe 合金核和 FeOx 殼，合成的 CoFe@FeOx 作為Li-S 和Na-S 電池中商用隔膜的改性層具有很高的性能。

得益于 CoFe@FeOx 的吸附性和導電性 CoFe 合金內核，多硫化物的穿梭得到了很好的抑制，多硫化物的轉化過程也得到了顯著增強。Na-S 電池的循環壽命長達 1200 次，庫侖效率接近 100%。因此，該種固相合成策略不僅限于在熱合成氣條件下合成鐵基納米粒子，還可以發展成固相合成系統，構建復雜的金屬納米粒子。

圖2. 電池性能

Precise solid-phase synthesis of CoFe@FeOx nanoparticles for efficient polysulfide regulation in lithium/sodium-sulfur batteries, Nature Communications，2023，DOI: 10.1038/s41467-023-42941-9