1. Nature Energy：Li₃P基晶體固體電解質界面實現快充石墨基鋰離子電池

在電解質中，鋰離子去溶劑化及其在固體電解質界面的擴散，是限制石墨基鋰離子電池快充性能的兩大決定性步驟。

在此，華中科技大學武漢光電國家研究中心孫永明團隊研究了不同SEI組分對Li⁺去溶劑化的影響規律。結果顯示對Li⁺具有高親和能的SEI組分可以實現快速Li⁺的去溶劑化。具體而言，該工作結合分子動力學（MD）模擬和密度泛函理論（DFT）研究了常規SEI組分（包括有機成分、Li₂O、Li₂CO₃和LiF）和Li₃P對負極界面處Li⁺溶劑化結構的影響。

結果顯示，在所研究的SEI組分中，Li₃P對Li⁺的親和能最強。根據MD結果，Li₃P界面的內亥姆霍茲層（IHP）附近可以形成低溶劑分子配位數的Li⁺溶劑化鞘層，從而促進Li⁺快速去溶劑化。基于以上結果，作者利用S分子對P分子的“橋接”效應，在石墨表面構筑了超薄P包覆層，制備出“藍”石墨；電池首次循環時，“藍”石墨表面原位生成連續的晶態高離子導電性Li₃P基SEI；LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ (NCM622)||“藍”石墨軟包電池具有快充性能（10分鐘和6分鐘可分別充滿91.2%和80%的電量）以及在快充條件下（6C, 10分鐘充電）優異的循環性能（~1 Ah，2000次循環，容量保持率82.9%）。

此外，作者還制作了~3 Ah的電池裝配到手機中用于驅動手機，10分鐘充電可實現90.3%電量，進一步證明了“藍”石墨是一種性能優異的快充鋰電池負極。

圖1. SEI結構表征

總之，該工作使用MD模擬和DFT計算系統研究了SEI組分對電極/電解液界面處Li⁺溶劑化結構的影響。結果發現，由于Li⁺和Li₃P之間強的相互作用，在Li₃P界面處IHP附近可以形成低溶劑分子配位數的Li⁺溶劑化結構。配合其高離子電導率特性，Li₃P能夠有效促進Li⁺的去溶劑化和Li⁺在SEI中的遷移。

實驗上，作者開發了一種“藍”石墨負極材料，它在循環過程中能夠原位形成連續的晶態Li₃P基SEI。Ah級的NCM622||“藍色”石墨軟包電池在大電流充電條件下具有優異的快速充電性能、穩定的循環性能和高的能量密度。

因此，該工作揭示不同界面組分對Li⁺溶劑化結構和SEI形成的影響規律，對快充負極SEI的設計具有重要指導意義。

圖2. NCM622||“藍”石墨疊片軟包電池的電化學性能

Fast-charging capability of graphite-based lithium-ion batteries enabled by Li3P-based crystalline solid–electrolyte interphase, Nature Energy 2023 DOI: 10.1038/s41560-023-01387-5

2. ACS Nano：高氟化碳點的分子工程：定制Li⁺動力學和界面氟化以獲得穩定的固體鋰電池

氟化碳點（FCD）因其獨特的物理化學性質而引起人們的興趣。然而，復雜的合成過程和較低的氟摻雜水平限制了其發展和應用。

在此，中南大學紀效波團隊提出了一種基于克萊森-施密特反應的簡便方法，在室溫和常壓下實現克級合成高度氟化的碳點（高達20.79 at.%），并對具體反應機理進行了全面探索。

此外，考慮到氟含量高、分散性好以及與聚合物電解質的相容性，合成的FCD被用作鋰電池PEO基固體電解質的添加劑，以提高其離子電導率、界面穩定性和機械性能。FCDs的引入不僅可以降低PEO的結晶度，增強聚合物鏈的相互作用，而且有利于在界面處建立不間斷的路徑和原位氟化。

圖1. HF-CD的制備示意圖

總之，該工作所制備的高度氟化的碳點旨在構建具有長循環壽命的固態鋰金屬電池的復合電解質。通過在環境溫度和大氣壓條件下的克萊森-施密特反應，實現了高度氟化碳點的最大比例為20.79％。此外，作者還分析了高氟化碳點的形成過程，了解了HF-CD的結構和表面狀態與電解質性能之間的內在關系。P-FCD基復合電解質的離子電導率在室溫下可以達到7.5 × 10^?5 S cm^?1，與空白電解質相比有所提高。該復合電解質的機械性能和電化學窗口也得到增強。

同時，氟特性可以引發界面氟化，有效提高界面穩定性。鋰對稱電池在0.4 mA cm^?2的電流密度下可穩定循環1000 h，且過電位較低。并且，復合電解質基LiFePO₄/Li電池在300次循環后容量可呈現130.3 mAh g^?1，容量保持率為95.10%。因此，該工作為用于調節PEO電解質的高度氟化碳點的實驗設計和結構理解提供了一種思路。

圖2. 電池性能

Molecular Engineering of Highly Fluorinated Carbon Dots: Tailoring Li+ Dynamics and Interfacial Fluorination for Stable Solid Lithium Batteries, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c08935

3. Journal of the American Chemical Society：蒽醌基硅酸鹽共價有機骨架作為SEI實現高性能鋰金屬電池

當前的電池設計中，鋰金屬電池（LMB）具有最高的理論能量密度，因此在儲能方面具有巨大的應用潛力。然而，由于枝晶生長和Li負極上不穩定的界面引起的安全問題，LMBs的發展受到了嚴重阻礙。主鏈上含有氧化還原活性或陰離子部分的共價有機骨架（COFs）具有高的鋰離子電導率和機械/化學穩定性，因此有望用于LMB中的固體電解質界面（SEIs）。

在此，香港科技大學Yoonseob Kim團隊通過四羥基蒽醌與二氧化硅的縮合反應合成了含有氧化還原活性和陰離子位點的蒽醌基硅酸鹽COFs（AQ-Si-COFs）。研究表明，九個Li⁺介導的充電/放電過程使得AQ-硅-COF在室溫下表現出9.8 mS·cm^–1的離子電導率和0.92的單離子傳導遷移數。

計算研究也支持九個Li⁺機制。此外，作者使用AQ-硅-COF作為鋰負極上的固體電解質界面。具有LiCoO₂正極的LMB電池在高電壓、0.25 C下獲得188 mAh g^-1的最大可逆容量。此外，這種LMB電池表現出抑制枝晶生長和穩定的循環能力，其容量下降不到3%（100次循環）。

圖1.蒽醌硅酸鹽 COF (AQ-Si-COF)的制備

總之，該工作制備得到的2DAQ-Si-COFS在其多孔空間中同時具有氧化還原活性和陰離子位點。這些氧化還原活性基團和陰離子基團協同作用，使得AO-Si-COFs表現出9.8mScm^-1的離子電導率和0.92的單離子遷移數。具有高導電性和選擇性輸運層AQ-Si-COFS在LMB電池中表現出高容量（188 mAh g^-1）和穩定的循環性能(容量衰減<3%)，同時抑制鋰枝晶的形成。總的來說，該工作為高性能LMB_S的設計建立一個新的范例。

圖2. 電池性能

Anthraquinone-Based Silicate Covalent Organic Frameworks as Solid Electrolyte Interphase for High-Performance Lithium–Metal Batteries, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c06723

4. Advanced Materials：弱氫鍵無金屬共晶電解質實現高倍率和超穩定銨離子電池

隨著對可持續電池化學的需求不斷增長，非金屬銨離子(NH₄⁺)電池因其獨特的性能(例如低成本、無毒和環境可持續性)而受到廣泛關注。

在此，香港城市大學支春義團隊闡明了NH₄⁺與溶劑之間的溶劑化相互作用，并提出了NH₄⁺弱溶劑化電解質的設計原則。鑒于氫鍵相互作用主導NH₄⁺與溶劑的溶劑化，溶劑靜電勢的強弱直接決定其溶劑化能力的強弱。此外，作者選擇電負性相對較弱的丁二腈來構建無金屬共晶電解質(MEE)。該MEE能夠顯著拓寬電化學穩定性窗口并降低溶劑化殼中的溶劑配位數和結合能，從而引導較低的去溶劑化能壘和快速的電荷轉移過程。

因此，所構建的NH₄^–離子電池表現出優異的可逆倍率性能(600 W kg^-1時的能量密度為65 Wh kg^-1總活性質量)和前所未有的長期循環性能(1.0 A g^-1下1000次循環后保留率為90.2%)。

圖1. 常用溶劑脫溶動力學及ESP的比較

總之，該工作證明了NH₄⁺的溶劑化相互作用以氫鍵為主，減弱溶劑分子與NH₄⁺之間的氫鍵相互作用可以有效提高NH₄^–離子電池的倍率能力和長期循環性能。通過比較各種溶劑的電負性，作者選擇了溶劑中靜電勢最弱的SN來制備MEE，制備的MEE不僅大大拓寬了電化學穩定性窗口，確保了與A-MnPBA的完美相容性，而且大大降低了溶劑化殼層的溶劑配位數和NH₄⁺/溶劑的結合能，從而降低了脫溶能勢壘，加快了電荷轉移過程。

因此，所得的NH₄^–離子電池表現出優異的倍率性能(600 W kg^-1下能量密度為65 Wh kg^-1總有效質量，12000 W kg^-1下能量密度為28 Wh kg^-1總有效質量)和長期循環穩定性(在10.0 A g-1下循環10000次后保持73.9%)。因此，該工作揭示了一種合理設計電解質的有效策略，可以實現高倍率和超穩定的NH₄^–離子電池。

圖2. MEE中全電池的電化學性能

Metal-Free Eutectic Electrolyte with Weak Hydrogen Bonds for High-Rate and Ultra-Stable Ammonium-Ion Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202308210

5. Advanced Materials: 用于正極有機電合成的自支撐金屬泡沫催化劑

有機電合成目前因其具有使化學過程可持續發展為增值產品的潛力而受到重新關注，但仍存在些許挑戰:對于在質子介質中進行的還原性轉化，一個固有的問題是金屬正極材料的選擇有限，這些材料可以有效地抑制析氫副反應(HER)，同時保持對目標有機電反應的高活性。目前的發展趨勢是避免以前使用的HER抑制元素(Cd、Hg和Pb)，因為它們具有毒性。

在此，美因茨大學S. R Waldvogel團隊報告了低鉛含量的高孔泡沫型二元和三元電催化劑的合理設計，使用肟到腈的轉化作為與精細化學品合成相關的模型反應，在有機電還原中測試了優化的正極。

將它們的電催化性能與 CuSn₇Pb₁₅ 青銅合金模型進行比較，后者最近被認可為裸鉛電極的最佳正極替代品。所有開發的金屬泡沫催化劑在化學產率和能量效率方面均優于裸鉛和 CuSn₇Pb₁₅ 基準。此外，分別通過 ICP-MS 和 SEM 對粗電解質混合物和正極表面進行電解后分析，揭示了泡沫催化劑具有較高的耐正極腐蝕性。

圖1. 動態氫氣泡模板 (DHBT)

總之，該工作通過DHBT方法開發了新型的含鉛金屬泡沫型電極。這些材料具有較大的比表面積、高度的未協調活性位點和復雜的結構，從而使反應物或中間物種在長時間停留時能夠得到有利限制。

此外，將材料進行了有機電還原試驗，使用肟轉化成與合成精細化學品相關的腈。它們的電催化性能與 CuSn₇Pb₁₅ 鉛合金模型形成對比，后者最近被認為是裸鉛電極的最佳正極替代品。分別通過 ICP-MS 和 SEM 對粗電解混合物和正極表面進行電解后分析，以評估它們可能的降解。

圖2. 頂視圖SEM-EDS制備的鉛泡沫Cu21Pb61O18和Cu28Sn26Pb37O9顯微照片

Self-Standing Metal Foam Catalysts for Cathodic Electro-Organic Synthesis, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202307461

6. ACS Energy Letters：高壓正極表面打蠟以實現硫化物固態電池

富鎳正極材料（即LiNi_xCo_yMn_1–x–yO₂，x≥0.8）與硫化物固體正極電解液（如銀石（Li₆PS₅Cl））相結合，是高性能固態電池的有前途的材料。然而，在2.5V以上的銀鐵礦的化學反應性和電化學分解會導致電池操作窗口中的容量快速衰減，因此需要使用涂層來抑制這些反應。

在此，滑鐵盧大學Linda F. Nazar團隊提出了一個簡單的有機涂層概念，該概念產生了一個電子絕緣的正極-電解質界面，該界面穩定了銀石，防止氧化降解。具體而言，該工作將Li₆PS₅Cl作為固體電解質，通過在正極活性材料（CAM）表面涂覆納米“蠟狀皂”（脂肪酸鹽）層制備的電池在200次循環后能夠保持90%的容量（2.8–4.3 V vs Li⁺/Li），而裸CAM的容量保持率為38%，證實了其界面穩定性和對Li⁺的滲透性。

圖1. 結構表征

總之，該工作提出了一種有效的涂層概念，即在正極表面使用有機脂肪酸衍生的”蠟狀皂”，以防止硫化固體電解質的氧化降解，從而穩定硫化電解質全固態電池中的高壓正極。值得注意的是，整個處理過程是在環境氣氛下進行的，不需要高溫燒結。這使得大規模生產和商業化成為可能，同時保持了較低的成本。

結果顯示，使用Li₆PS₅Cl電解質的 DA-NCM85 ASSB室溫下循環 200 次后的容量保持率顯著提高到 90%，是裸 NCM85 ASSB 的 3 倍多。此外，DA 涂層 NCM85 ASSB 的高負載量為 24.9 mg cm^-2，在 160 次循環后顯示出 4.4 mAh cm^-2的可逆容量和令人滿意的循環穩定性。

因此，該工作強調了這種簡易涂層概念在抑制硫化物基復合正極界面降解方面的適用性和潛力。

圖2. 電池性能

Waxing Bare High-Voltage Cathode Surfaces to Enable Sulfide Solid-State Batteries, ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01717

7. Advanced Functional Materials：無鉛雙鈣鈦礦殼外延生長 CsPbX₃/Cs₂SnX₆（X=Cl、Br和I）核/殼鈣鈦礦納米晶體具有增強的光電性能和穩定性

全無機鹵化鉛鈣鈦礦納米晶（NC）具有良好的光電特性，在發光二極管（LED）、激光器、光電探測器、太陽能電池和光催化領域具有廣闊的應用前景。然而，Pb 的固有毒性和 NC 的不穩定性阻礙了其廣泛應用。殼涂層是通過選擇無毒殼材料（例如金屬氧化物、聚合物、二氧化硅等）來增強環境穩定性同時降低毒性的有效方法。然而，多個鈣鈦礦納米顆粒可以封裝在殼材料內并形成均勻的外延型隔離良好的 NC 的殼生長仍然具有挑戰性。

在此，雪城大學鄭偉威 (Weiwei Zheng)團隊通過熱注射方法在 CsPbX₃ NCs 表面外延生長無鉛空位有序雙鈣鈦礦 Cs₂SnX₆（X = Cl、Br 和 I）殼。其中，由于核/殼材料的I型能帶排列，脫殼后CsPbCl₃和CsPbBr₃ NC的光致發光量子產率（PL QY）增加，而CsPbI₃/Cs₂SnI₆核/殼NC獲得的電荷傳輸性能增強是由于II 型核/殼帶排列中的有效電荷分離。

圖2. 電荷傳輸特性

總之，該工作通過在全無機CsPbX₃鈣鈦礦NCs表面外延生長無鉛Cs₂SnX₆雙鈣鈦礦用于核/殼型鈣鈦礦NCs，這是迄今為止報道的第一個無鉛鈣鈦礦殼包覆全無機鈣鈦礦NCs。

值得注意的是，I型CsPbX₃/Cs₂SnX₆ (X = Cl, Br)和II型CsPbI₃/Cs₂SnI₆核/殼鈣鈦礦NCs均實現了光電性能可調諧。I型CsPbX₃/Cs₂SnX₆ (X = Cl, Br)核/殼核NCs的光學性能得到了增強，包括與CsPbX₃核NCs相比PL QYs增加，這是由于大的帶隙保護殼層限制了核內的光致載流子。

相比之下，CsPbI₃/Cs₂SnI₆核殼型NCs由于空間電荷分離，表現出更小的充電器傳輸阻抗、更強的光電流、更快的TPC和更長的TPV等電荷傳輸特性，在光催化、太陽能電池和光電探測器等領域具有廣闊的應用前景。此外，脫殼有效增強了CsPbX₃/Cs₂SnX₆核/殼NCs對水、光和空氣的穩定性，拓寬了鈣鈦礦NCs的應用。

圖2. 環境和相穩定性

Epitaxial Growth of Lead-Free Double Perovskite Shell for CsPbX3/Cs2SnX6 (X = Cl, Br, and I) Core/Shell Perovskite Nanocrystals with Enhanced Photoelectric Properties and Stability, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202309480

8. Advanced Energy Materials：通過操作壓力測量解密硫化物全固態鋰金屬電池中由內部應力引發的微短路事件

盡管硫化物固態電解質（SSE）的剛度相對較低，使其能夠更好地成型并適應活性材料的體積變化，但其低斷裂韌性（KIC）表明其很容易因電化學機械應力而斷裂。這種對機械損傷的敏感性以及隨后的鋰絲穿透（表現為微短路事件）嚴重阻礙了金屬鋰在高能量密度硫化物全固態鋰金屬電池（ASSLMB）中的實際應用。

在此，廈門大學楊勇團隊提出了一種利用外部壓力傳感器對 LTO/SSE/Li 配置進行Operando精確壓力測量的方法。通過使用零應變LTO 作為對電極，鋰金屬負極的應力演化被定量解耦。

首先，作者研究了鋰金屬電池在幾種典型工作條件下的失效行為，包括各種面積容量和電流密度。同時，作者提出了兩種微短路模式（輕微軟短路和嚴重軟短路），并根據鋰金屬負極的電化學機械響應揭示了其相應的機理。此外，作者還通過電化學機械有限元模型（FEM）解釋了實驗中與內應力相關的失效行為，并為現實的鋰金屬負極工作條件提供了”安全區”。

圖1. LTO/SSE/Li 電池在輕微軟短路條件下的分析

總之，該工作通過操作壓力測量成功解密了硫化物基ASSLMB中的微短路事件。通過設計LTO/SSE/Li配置電池，定量解耦了鋰金屬負極在充放電過程中的應力演變。

結果表明，微短路事件發生后，LMA中應力演變的對稱性被打破。此外，作者還從內應力演變的角度揭示了微短路事件的失效機理以及兩種模式（輕微/嚴重軟短路）下相應的電化學/化學反應過程。通過結合電化學機械結果和相關的有限元分析，作者提供了與內應力相關的”安全區”，作為影響現實電池中鋰離子金屬負極臨界電流密度(CCD)的重要補充因素。

總之，該項研究提供了對硫化物基ASSLMB中機械故障誘發的微短路事件的新穎而深刻的理解，并為開發實用的高性能LMB提供了一些啟示。

圖2. 內應力相關機械故障的電化學-機械模型

Decoding Internal Stress-Induced Micro-Short Circuit Events in Sulfide-Based All-Solid-State Li-Metal Batteries via Operando Pressure Measurements, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302643