1. Angewandte Chemie International Edition：用于快速陰離子存儲的供體-受體 (DA) 共軛聚合物
近年來，有機電極材料引起了電池領域的廣泛關注。然而，它們仍存在電極電位低、反應動力學慢和循環壽命短等問題。
在此，華中科技大學王成亮團隊報告了一種通過使用二氫吩嗪（PZ）和噻蒽（TT）的共聚物（p-TTPZ）來制造供體-受體（DA）共軛聚合物以促進電荷轉移，從而加速反應動力學的策略。
具體而言， DA共軛聚合物作為p型正極可以存儲陰離子并表現出高放電電壓（分別為3.82 V和3.16 V的兩個平臺），在0.1 A g-1時可逆容量為152 mAh g-1，具有優異的倍率性能。10 A g-1(~50C)時具有 124.2 mAh g-1的高容量和出色的循環性能。結果顯示，p-TTPZ//石墨全電池表現出高輸出電壓（3.26 V）、0.05 A g-1 的放電比容量為139.1 mAh g-1 和優異的倍率性能。
圖1. DFT計算
總之，該工作報道了一種由二氫吩嗪 (PZ) 和噻蒽 (TT) 單元組成的共聚物 (p-TTPZ)。雖然它們都是p型單體，但PZ和TT的結合導致了電荷轉移。計算得出的 p-TTPZ 的 HOMO 和 LUMO 分別位于 PZ 和 TT 單元上方，表明 PZ 和 TT 分別充當供體和受體。
與對應的均聚物p-DPPZ和p-PATT相比，具有D-A分子結構的p-TTPZ正極具有更窄的帶隙和更高的電導率，有利于電荷傳輸并加速反應動力學，從而具有優異的倍率性能。因此，該項工作為通過分子設計開發高性能有機電極材料提供了一種新的策略，并為高能量密度有機電池鋪平道路。
圖2. 電池性能
A donor-acceptor (D-A) conjugated polymer for fast storage of anions， Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202317393
2. Journal of Materials Chemistry A：醚基電解質溶劑氟化度對鋰金屬電池性能的影響
研究證明，使用氟化溶劑的電解質可以通過陰離子和氟化溶劑分子的分解形成堅固的固體電解質界面，從而有效提高鋰金屬電池的循環壽命。
在此，美國斯坦福大學鮑哲南教授、崔屹教授以及秦健教授等人通過調節醚基電解質溶劑的氟化度來研究其在鋰金屬電池中的性能。具體而言，作者通過在 1,2-二乙氧基乙烷 (DEE) 的一個乙氧基上連接一氟取代基并改變另一個乙氧基上的氟化度，從而提供三種氟化 DEE 溶劑分子（即 F1F0、F1F1 和 F1F2）。
與之前的高度氟化DEE 電解質相比，三種電解質均表現出更高的溶劑化強度和離子電導率，同時保持良好的氧化穩定性。鋰金屬負極和富鎳正極的全電池測試表明，較高的氟化程度有利于循環性能，循環穩定性遵循F1F0 < F1F1 < F1F2。其中F1F0 由于其對負極和正極的不穩定性而表現出較差的循環穩定性。雖然 F1F1 和 F1F2 對鋰金屬負極都表現出良好的穩定性，其中 F1F1 和 F1F2 實現80% 的容量保留時的循環次數分別為約 20 和約 80 。最后，作者證明 F1F2 在實際磷酸鐵鋰 (LFP) 軟包電池中能夠實現 90 次循環后才能達到 80% 的容量保持率。
圖1. Li||NCM811全電池性能
總之，該工作通過調節醚基電解質中溶劑的氟化度進而調整溶劑化強度和長期氧化穩定性。結果顯示，低氟化度呈現相對較強的溶劑化作用，但氧化穩定性較差，且可通過增加氟化度以犧牲溶劑化強度為代價來提高氧化穩定性。在氟化度相對較低的醚溶劑中，F1F0對鋰金屬負極和NMC正極的穩定性特別差。
雖然 F1F1 和 F1F2 顯示出相當的正極穩定性，但 F1F2 具有更好的負極穩定性，因此增強了電池的循環性能。該系列電解質的性能并不優于之前所報道的FDEE電解質，但改進的離子電導率有利于具有較低過電勢的電池系統的高電流密度（> 1 mAh/cm2）。因此，該項工作表明調節電解質溶劑氟化度的重要性，并且該方法適用于各種正極材料。
圖2. 鋰金屬半電池循環分析
Impact of Fluorination Degree of Ether-Based Electrolyte Solvent on Li-metal Battery Performance，Journal of Materials Chemistry A 2023 DOI: 10.1039/d3ta05535c
3. Advanced Functional Materials：LiZn/Li2O 誘導化學限制實現無枝晶鋰金屬負極
盡管不可控的鋰枝晶生長會縮短鋰金屬負極的循環壽命，但鋰金屬已被認為是下一代高能鋰金屬電池的潛在負極候選者。
在此，西安理工大學李喜飛團隊通過基于原子層沉積的親鋰 ZnO 誘導化學限制，原位生成 LiZn/Li2O 陣列，制備了無枝晶鋰金屬負極。其中，均勻分布的LiZn和Li2O相組成的陣列，具有有利的Li擴散勢壘；親鋰Li2O相保證了Li優先均勻成核。同時，電子導電的 LiZn 相確保了整個結構中電子的高效傳輸。
?因此，LiZn/Li2O衍生的化學限制能夠實現均勻的鋰沉積。?所制備的鋰金屬負極在對稱電池中在 15 mA cm?2 時呈現 <45 mV 的過電勢。此外，具有 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622) 正極的全電池具有更好的循環穩定性和倍率性能。
圖1. LiZn/Li2O誘導化學限制促進均勻鋰沉積機制
總之，該工作通過鋰吸附能計算和熔鋰實驗研究了鋅基化合物中非金屬元素（O、S、Se）對鋰親和性的影響。結果表明，ZnO的親鋰性優于 ZnS 和 ZnSe。通過精確的 ZnO ALD 和隨后的熔融鋰注入，開發了高性能 CC@ZnO@Li 復合負極。由 ZnO 化學轉化原位形成的 LiZn/Li2O 構型誘導 Li2O親鋰位點上的定向 Li 沉積，從而促進更均勻的 Li 沉積并保證有效的電荷轉移。
因此，LiZn/Li2O誘導的化學限制不僅可以防止不可控鋰枝晶的形成，而且可以在電化學循環過程中穩定CC@ZnO@Li負極的結構和電解質/負極界面。所制備的 CC@ZnO@Li 負極分別在對稱電池和全電池中提供了優異的循環穩定性和倍率性能。該項工作所提出的該種可行且簡便的策略對于高功率鋰金屬電池的開發非常有益。
圖2. 電池性能
LiZn/Li2O Induced Chemical Confinement Enabling Dendrite-Free Li-Metal Anode， Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202310143
4. Energy Storage Materials：具有選擇性鋅離子通道的雙網絡保護層實現穩定鋅負極
可充電水系鋅離子電池（AZIB）的發展受到不可控枝晶生長和鋅金屬負極上的有害副反應等限制。
在此，西安交通大學王鵬飛，劉夢婷等人在鋅負極上構建了雙網絡瓊脂糖-聚丙烯酰胺（AG-PAM）凝膠，以形成環保的固態電解質保護層。具體而言，該策略促進了[Zn(H2O)6]2+團簇的脫溶，并通過選擇性Zn2+均勻鋅離子通量，人工 AG-PAM 雙網水凝膠不僅抑制了不可逆的副反應，還實現了均勻鋅沉積。因此，AG-PAM/Zn||AG-PAM/Zn 對稱電池在 1 mA cm-2/1 mA h cm-2 的條件下可實現超過 3500 小時的超長循環壽命。
此外，AG-PAM/Zn|||Zn0.09Mg0.09V2O5全電池在1 A g-1條件下循環250次后，容量達到240.8 mA h g-1，而裸Zn全電池在循環100次后會迅速失效，相比之下，AG-PAM/Zn|||Zn0.09Mg0.09V2O5全電池的循環穩定性更強。
圖2. 界面動力學
總之，該工作構建了一種由親水性 AG-PAM 凝膠組成的簡單且環保的界面層，以提高 AZIBs 中鋅負極的穩定性。由于AG-PAM/Zn電極中瓊脂糖與Zn2+的強相互作用，Zn2+可以通過選擇性Zn2+通道更好地被捕獲并遷移到Zn金屬上，很大程度上均勻化Zn2+通量并促進Zn金屬的均勻沉積。由于Zn表面雙網絡保護層的限域作用，自由水分子的擴散也被有效限制，抑制了不可逆的副反應。
因此，對稱AG-PAM/Zn||AG-PAM/Zn電池在1 mA cm?2/1 mA h cm?2下表現出超過3500小時的超長循環壽命。此外，配對的 AG-PAM/Zn||ZMVO 全電池在 1 A g?1 下循環 250 次后，具有增強的循環性能，容量為 240.8 mA hg?1。因此，該項工作為開發水凝膠保護層以實現AZIBs的實際應用提供了新的視角。
圖2. 全電池性能
Selective Zn-ion channels enabled by a double-network protective layer for stable zinc anode， Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103113
5. ACS Energy Letters：實現鎂金屬負極的平面沉積/剝離行為
研究表明，即使在電流密度極低（0.01 mA cm-2）的情況下，使用聚烯烴隔膜，鎂（Mg）金屬電池也容易發生短路。事實證明，由基底的高晶格失配引起的島狀鎂沉積是造成電池短路的罪魁禍首。
在此，中國科學院青島生物能源與過程所崔光磊、杜奧冰，中國海洋大學孫明亮等人利用精心修飾的三維（3D）基板與鎂金屬的（0001）面表現出低晶格失配和豐富的親鎂位點，在大面積容量（4 mAh cm-2）和薄聚丙烯隔膜（25 μm）實現穩定的充放電。結果表明，建立逐層平面生長模型和3D親鎂基底的設計策略將加速鎂金屬電池的商業化。
圖1. 結構表征
總之，作為一種滿足完美晶格匹配的負極材料，單晶鎂金屬可以誘導均勻的鎂沉積，而無需額外的結構和界面改性。然而，塊狀鎂負極的不均勻剝離行為會導致后續的沉積不均勻，這仍嚴重威脅電池的安全。
為了解決上述問題，該工作采用了具有低晶格失配和高表面能的低成本3D親鎂主體（Ni(OH)2@CC）。受益于Ni(OH)2@CC優異的外延Mg沉積和抵抗不均勻剝離的能力，使用高負載Mo6S8正極的全電池表現出穩定的長循環性能。因此，該工作深入探討了鎂電池中無枝晶沉積行為引起的短路現象，并提出了一種行之有效的解決方案，為鎂金屬負極的實際應用指明了方向。
圖2. 電池性能
Achieving Planar Electroplating/Stripping Behavior of Magnesium Metal Anode for a Practical Magnesium Battery，ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c02058
6. Journal of Energy Chemistry：邊緣和鋰濃度對石墨負極插層動力學的影響
石墨界面是鋰離子電池（LIB）負極的重要組成部分，顯著影響鋰嵌入動力學。
在此，中國科學院深圳先進技術研究院彭超，南安普頓大學Denis Kramer等人通過第一原理計算，全面探討了高鋰濃度時石墨非基底邊緣附近鋰插層和鋰擴散的能量學和動力學問題。
研究發現，表面效應在第二階段依然存在，使得鋰與邊緣位點緊密結合。其中”之”字形邊緣的獨特表面在石墨負極鋰化初期會顯著影響和限制充電速率，但隨著鋰化程度的增加，這種影響會逐漸減弱。在高電荷狀態下，由于電荷排斥作用，Li從 LiC6 的人字形邊緣跳轉到塊狀位點的擴散時間較長。因此，在這一階段有效控制鋰的擴散動力學對于提高電荷率至關重要。
圖1. Li吸附的電荷密度差
總之，該工作利用第一性原理計算全面研究邊緣 GIC 中鋰濃度對鋰嵌入的影響。對II期 (LiC12) 和I期 (LiC6) GIC中Li和Li空位的能量學和動力學進行了全面討論，得出以下結論：首先，在 LiC12 中石墨烯片邊緣附近的獨特表面狀態相對于原始石墨，其表面狀態大大降低。此外，LiC12 和 LiC6 GIC 的鋰化層中的 Li空位擴散預計與 LiC12 空層中的 Li 擴散具有相同的數量級。最后，可調節的層間距對 LiC12 中快速 Li空位擴散的擴散勢壘有顯著影響。
相反，LiC12 空層中層間距離的減小增加了擴散勢壘并減慢了 Li 擴散。因此，在高鋰化程度下，預計兩個邊緣對鋰的吸收/釋放的貢獻相同，而在低鋰化程度下，扶手椅邊緣將占主導地位。
圖2. LiC12 GIC 空層中的 Li 擴散
Edge and lithium concentration effects on intercalation kinetics for graphite anodes，Journal of Energy Chemistry 2023 DOI: 10.1016/j.jechem.2023.11.036
7. Advanced Energy Materials：良好的溶劑化和高惰性的不對稱氟化電解質分子設計實現穩定的鋰金屬電池
電解質分子工程，尤其是對稱氟化電解質分子，被認為是解決傳統非氟化電解質分子穩定性不足，從而穩定高能量鋰金屬電池（LMB）的有效方法。然而，對稱氟化電解質分子的弱溶解性和低離子電導率，以及電解質衍生的低離子電導率不穩定中界面的形成，是限制對稱氟化電解質應用于提高鋰金屬電池性能的主要挑戰。
在此，山東大學陳皓、劉宏、桑元華等人提出了一種非對稱氟化電解液分子設計，將分子一側的高惰性氟化結構與另一側的強溶劑化的非氟化結構相結合，因此，該電解液成分綜合了對稱氟化和非氟化電解液的優、缺點，實現了高性能鋰金屬電池。
該工作利用三種具有代表性的分子展示了電解液設計原理，包括傳統的非氟化的酸二乙酯(noneF-DEC)，不對稱氟化的（2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(asymF-DEC)，對稱氟化二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(symF-DEC)。其中，asymF-DEC 電解液具有與noneF-DEC 電解液類似的強溶劑化能力和高離子電導率。同時，asymF-DEC 電解液還具有 symF-DEC 電解液的高穩定性和阻燃性。此外，symF-DEC 中的不對稱氟化分子設計還形成了 LiF&Li2O 復合負極界面（SEI） 和富含 LiF 的正極界面（CEI）結構，從而有利于正極和負極的穩定性。
圖1. 電解質的溶劑化結構和動力學演變
總之，該工作提出了一種不對稱氟化電解質分子設計，它結合了不對稱氟化電解質和非氟化電解質的優點，同時彌補了它們的局限性。此外，不對稱氟化碳酸酯電解質中烷基的另一側沒有氟化，因此具有與非氟化電解質類似的溶解能力和高離子導電性，克服了對稱氟化電解質的低離子導電性問題。
這種不對稱氟化電解質還有助于建立穩定、高離子電導率、溶劑和鹽共衍生的相，從而成功地保護負極和正極，解決了非氟化和對稱氟化電解質的界面問題。使用這種對稱氟化電解質的鋰金屬負極庫侖效率高達 98.97%，遠遠超過了對稱氟化和非氟化電解質。
因此，該種新型非對稱氟化電解質分子設計不僅能為高性能鋰金屬電池電解質設計中的結構-性能關系提供基礎性的理解，還能為未來多種電化學反應體系提供一種廣闊前景。
圖2. 電池性能
Asymmetrically-Fluorinated Electrolyte Molecule Design for Simultaneous Achieving Good Solvation and High Inertness to Enable Stable Lithium Metal Batteries，Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202303652
8. Energy Storage Materials：高性能插層復合固體電解質實現穩定鋰金屬電池
復合固體電解質（CSE）結合了無機和有機固態電解質的優點，與電極的界面良好，有望成為最有前途的固體電解質。然而，室溫離子電導率較低限制了 CSE 在鋰金屬電池中的應用。
在此，哈爾濱工業大學王殿龍，王博等人設計了一種基于聚（偏二氟乙烯-六氟丙烯）（PVDF-HFP）的插層CSE。高嶺土 (2SiO2-Al2O3-2H2O) 用作氧化阻燃劑，賦予材料不可燃性。作為預插層處理，將極性分子二甲亞砜 (DMSO) 插入高嶺土層之間，作為基于 PVDF-HFP SPE 中的有機添加劑。CSE的插層結構提供了快速的Li+傳輸通道，從而在室溫下具有高離子電導率（8.58 × 10?4 S cm?1）和Li+遷移數。
本研究采用 CSE 的 Li||Li 對稱電池在 0.2 mA cm?2 的電流密度和 0.2 mAh cm?2 的容量下表現出超過 1400 小時的出色循環穩定性。此外，組裝的Li||LiFePO4電池具有140.5 mAh g?1的高初始容量，在 0.5 C 下循環 800 次后容量保持率為 81.2%。
圖1. PLD-KAO的電化學特性
總之，該工作制備的插層CSE 具有高室溫離子電導率和Li+遷移數。結果顯示，制備的PLD-KAO CSE表現出高室溫離子電導率（8.58 × 10 ?4 S cm?1），組裝的Li||LiFePO4電池表現出113.8 mAh g?1的優異容量（0.5 C）。為了評估與鋰負極的兼容性，組裝的鋰對稱電池表現出優異的抗鋰枝晶生長能力（CCD = 1.0 mA cm?2），并且在 0.2 mA cm?2下穩定循環 1400 小時。
此外，PLD-KAO CSE 由于含有高嶺土，因此表現出優異的熱穩定性和機械性能。PLD-KAO CSE具有更長的循環穩定性和更高的安全水平，為高性能固態鋰金屬電池的發展提供了新的途徑和方向。
圖2. 電池性能
High-performance intercalated composite solid electrolytes for lithium metal battery，Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103109
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