1. Journal of the American Chemical Society：通過析氫催化劑重建實現鋰離子電池金屬的完全回收

電動汽車的大規模采用和有限金屬資源的枯竭使得回收鋰離子電池（LIB）勢在必行。然而，目前的火法冶金和濕法冶金回收路線主要針對LiCoO₂開發，能源投入大，加工過程繁瑣；因此，迫切需要替代的多功能和綠色方法。

在此，吉林大學于吉紅，天津工業大學梅東海，蘇州大學張偉等人報告了一種通用的策略，通過催化劑重建回收LIBs。具體而言，層狀、尖晶石和多陰離子氧化物正極材料作為催化劑，在質子或氫氧化物離子的輔助下，在結構上轉化為氫氧化物，有助于完全提取金屬(例如，Li、Co、Ni、Mn、Fe)，高浸出率接近100%。

因此利用析氫反應（HER）作為概念證明，該工作探索了一種通過催化劑重構從鋰離子電池中完全回收金屬的新策略。

圖1. 制備流程

總之，該工作采用LIBs的正極催化反應，近100%的金屬（例如Li、Fe、Co、Ni和Mn）隨著催化劑重構為氫氧化物而被提取。研究表明，催化劑重構回收是由質子或氫氧根離子輔助的。這種綠色氫耦合回收方法通常適用于所有主要類型的正極，包括聚陰離子、層狀和尖晶石氧化物，例如LiCoO₂、LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂、LiNi_0.33Mn_0.33Co_0.33O₂、LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂、LiMn₂O₄和LiFePO₄，并可擴展到實際用過的軟包電池。

因此，該種回收策略可以利用報廢LIBs的剩余電能，并與綠色氫氣生產相結合。為開發金屬浸出和回收的綠色替代品提供了方法和概念上的突破。

圖2. 軟包電池LNMC532的回收

Complete Metal Recycling from Lithium-Ion Batteries Enabled by Hydrogen Evolution Catalyst Reconstruction, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c10188

2. Energy Storage Materials：“拖曳效應”誘導的快速去溶劑化動力學和-50℃可工作的高安全鋰電池

碳酸丙烯酯（PC）因其高離子傳導性和低（-49 ℃）熔點被認為是碳酸乙烯酯（EC）的最合適替代品，但它與石墨負極的電化學相容性較差。雖然設計陰離子誘導的離子溶劑配位（AI-ISC）結構可以有效抑制負極上 PC 的分解，但 Li⁺-PC 的強相互作用導致 Li⁺去溶劑化過程緩慢，低溫性能也不理想。

在此，武漢大學陳重學團隊發現并揭示了Li⁺溶劑與陰離子溶劑之間的 “拖曳效應 “機制，并設計了一種自適應雙層溶劑化結構，其中主溶劑化鞘外的游離溶劑可有效削弱 Li⁺-PC 與 Li⁺– PF₆^–之間的相互作用。

合理設計的 LiPF₆-PC/TFEP/EMC 電解液具有快速去溶劑化動力學和低溫適應性，因此賦予了 4Ah Gr||LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂和 1Ah Gr||LiFePO₄軟包電池在-50℃優異的性能、長循環壽命和更高的安全性。

圖1. 使用PTE312電解液的4Ah Gr||NMC811和1Ah Gr||LFP軟包電池電化學性能

總之，該工作通過調節 EMC 和 TFEP 的 “拖曳效應”，建立了一種自適應的雙層溶劑化結構，使 LiPF₆-PC/TFEP/EMC 電解液具有較低的Li⁺去溶劑化劑化能壘和不燃燒特性。得益于電解質的快速去溶劑化動力學和低溫適應性，石墨-鋰半電池可在零下40℃充電，容量損失幾乎可以忽略不計。

更重要的是，該電解液賦予了 Gr||NMC811 和 Gr||LFP 軟包電池低溫耐受性（-40℃和-50℃下的容量保持率分別為～79% 和 ～62.5%）、優異的循環穩定性（40次循環后的容量保持率為94.1%，1500 次循環后的容量保持率為88.5%）和高安全性（通過了擠壓、過充電、加熱和釘穿試驗）。

因此，通過調節 “拖曳效應 “誘導的自適應雙層溶劑化結構，將為開發具有成本效益、阻燃和低溫適應性的全氣候、更安全的鋰離子電池電解液開辟一條途徑。

圖2. 極端條件測試

“Dragging effect” induced fast desolvation kinetics and ?50 ℃ workable high-safe lithium batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103098

3. Advanced Energy Materials：超快非平衡相變誘導尖晶石錳酸鋰雙晶界

缺陷工程被證明是通過改善結構穩定性和離子擴散來增強鋰離子電池電化學性能的重要因素。然而，傳統的合成方法流程長且復雜，因此難以有效且輕松地將缺陷引入電極材料中。

在此，天津大學陳亞楠，山東科技大學劉瑞等人報道了一種具有超快加熱和冷卻過程的高溫沖擊技術（HTS），可以在幾秒鐘內將孿晶界（TB）快速引入純相尖晶石LiMn₂O₄中。各種異位技術揭示了超快合成過程中LiMn₂O₄ 的結晶機制。具有 TB 的 LiMn₂O₄表現出比傳統方法更高的倍率性能。

此外，外來元素可以在幾秒鐘內均勻地融入LiMn₂O₄中，從而產生優異的循環性能。例如，2% Ni 摻雜的LiMn₂O₄的初始容量為 121 mAh g^?1，在 1 C 下循環 500 次后容量保持率為 86.5%。

圖1. 結構表征

總之，該工作通過高溫超導技術合成了具有TBs的尖晶石型LiMn₂O₄作為LIBs正極材料。與通過傳統的無TB固態方法獲得的產品相比，該產品表現出更高的可逆容量和更好的倍率性能。本文揭示了高溫超導過程中各向異性相的形成過程，研究了LiMn₂O₄中TBs 形成的原因。

此外，通過高溫超導將Ni作為摻雜元素引入LiMn₂O₄中，通過抑制Mn²⁺的溶解和Mn³⁺的Jahn-Teller效應來改善電化學性能，進一步減少LiMn₂O₄顆粒在循環過程中的裂紋。因此，該項工作為合成具有有益缺陷的電極材料提供了新思路。

圖2. 電池性能

Ultrafast Non-Equilibrium Phase Transition Induced Twin Boundaries of Spinel Lithium Manganate, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302484

4. ACS Nano：陽離子缺陷調節高壓鋰金屬電池中的鋰離子遷移

鋰金屬作為下一代高能量密度電池的負極材料具有很大的潛力。然而，鋰離子的不均勻傳輸會導致金屬電極上鋰枝晶的生長，導致嚴重的容量衰減和較短的循環壽命。

在此，深圳大學姚蕾團隊采用3D自支撐碳納米纖維網絡結構作為集流體，同時利用具有陽離子（鈮和鈦）空位的陶瓷納米顆粒對碳纖維進行改性，使3D自支撐集流體帶有負電荷性質，從而引導鋰的均勻沉積。

首先，該工作解決了陶瓷納米顆粒在碳纖維表面均勻分散的問題。通過在碳前驅體中引入環糊精，利用其表面豐富的羥基基團與交聯劑檸檬酸中的羧基基團產生的酯化反應，形成穩定的大分子交聯網絡，該網絡結構可將鈮、鈦離子分隔成島狀結構，從而在熱處理過程中鈮酸鈦陶瓷顆粒均勻彌散在碳纖維表面，且由于碳熱反應鈮酸鈦陶瓷顆粒中形成大量的金屬空位。其次，結合二維和三維的相場模擬及DFT計算，系統地闡明了金屬空位可在碳纖維表面形成垂直電場，從而誘導鋰離子均勻擴散和沿纖維徑向方向的均勻沉積行為；同時，金屬空位呈現出比氧空位和陶瓷氧化物本身更強的親鋰性。

圖1. 結構表征

總之，該工作通過靜電紡絲和熱處理合成帶有負電荷的TiNbO₄納米顆粒修飾的柔性三維自支撐CNF骨架。在碳納米纖維中引入帶負電荷的富含陽離子空位的TiNbO₄納米顆粒，協同作用促進Li⁺的遷移和分布，在初始成核階段誘導鋰金屬沉積行為，并沿納米纖維表面均勻沉積鋰。

此外，靜電紡絲碳納米纖維三維網絡結構具有優異的結構穩定性和豐富的內部空間，作為三維鋰金屬集流體，可以顯著降低局部電流密度，限制鋰枝晶生長。

圖2. 電池性能

Cationic Defect-Modulated Li-Ion Migration in High-Voltage Li-Metal Batteries, ACS Nano 203 DOI: 10.1021/acsnano.3c09415

5. ACS Energy Letters：Pb-PbF₂ 對電極和稀釋液體電解質改進氟離子電池

氟化物離子電池（FIB）因其高理論能量密度和豐富的資源成為有前途的儲能技術。然而，通常用于測試液體電解質 FIB 的浸沒電池嚴重影響了整體性能，并妨礙了不同研究之間的可比性，從而阻礙了 FIB 的進展。

在此，牛津大學Mauro Pasta團隊報道了一種可靠的 Pb-PbF₂ 對電極，可以使用雙電極紐扣電池。為了測試這種設置，作者首先引入一種液體電解質，它結合了高濃度電解質（甲醇中的四甲基氟化銨）的優點，同時通過引入稀釋劑（丙腈）解決了其運輸和高成本的缺點。結果顯示，該工作報告了迄今為止容量保持率最高的 BiF₃-Pb-PbF₂ 電池來證明該系統的可行性。

圖1. 制備流程

總之，該工作提出了一種采用干法鑄造工藝、使用 PTFE 作為粘合劑的 Pb-PbF₂ 電極的新型制造方法，并使用新型稀釋液體電解質驗證了它們在雙電極紐扣電池中作為對電極的效果。通過該種電解質，該工作首次在FIB中報告使用稀釋劑（丙腈）來改善傳輸性能并減少高濃度電解質（甲醇中的四甲基氟化銨）所需的鹽量，同時保留更寬的電化學窗口。

最后，作者通過循環對比相同干法鑄造工藝制備的 BiF₃ 電極，證明了 Pb-Pb₂ 作為紐扣電池對電極的適用性。因此，為實用且易于使用的電池配置（如紐扣電池）引入可靠的對電極是 FIB 發展的關鍵一步。

圖2. 電池性能

Advancing Fluoride-Ion Batteries with a Pb-PbF2 Counter Electrode and a Diluted Liquid Electrolyte, ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c02228

6. Energy Storage Materials：通過深度學習方法設計固體電解質層間納米結構實現鋰金屬負極的機械耐久性

由于鋰枝晶的生長，鋰金屬負極（LMA）面臨著重大的安全挑戰。固體電解質界面（SEI）在抑制枝晶生長方面起著至關重要的作用。SEI存在由嵌入的晶體顆粒(CP)組成的納米結構，這些CP的分布嚴重影響鋰金屬負極的機械耐久性，從而影響鋰枝晶的生長。因此，建立SEI 納米結構與其機械耐久性之間的相關性對于設計具有高安全性能的SEI至關重要。

在此，西安交通大學鄧俊楷團隊提出了一種卷積神經網絡(CNN)學習模型，基于實驗觀察冷凍電鏡圖像得到一個高通量有限元方法(FEM)數據集。CNN模型能夠準確預測SEI結構的機械失效時間(FT)。

此外，作者采用逆向蒙特卡羅(RMC)方法結合CNN模型探索具有較長FT的結構，最終確定了具有均勻排列CP的優化結構。此外，Ablation-CAM技術強調了CP分布在失效中的關鍵作用。

圖1. 數據集構建實例和 CNN 模型性能

總之，該工作利用提出的CNN模型建立了CP分布與SEI的FT之間的相關性。CNN模型表現出了良好的預測性能，在測試數據集上達到了0.861的高R2值。對比分析表明，將RMC方法與CNN模型耦合得到的OD結構具有一致的CP。與RD結構110.24 s的FT相比，其FT顯著增加了9倍以上。

此外，設計的PD結構顯示了超過RD結構126倍的FT。因此，該工作為SEI的結構設計提供了有價值的指導，為提高LMA的機械耐久性提供了有前景的解決方案。

圖2. RD、OD 和 PD 的 Ablation-CAM 和 FEM 結果

Design of Nanostructure in Solid Electrolyte Interphase for Enhancing the Mechanical Durability of Lithium Metal Anode by Deep-Learning Approach, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103096

7. Advanced Energy Materials：鋰-硫電池硫氧化還原電催化劑應變效應的成因

在鋰-硫電池（LSB）中，引入應變被認為是提高宿主材料催化活性的有效策略。然而，通過化學方法引入應變往往不可避免地會導致化學成分和相結構的變化，從而難以真正揭示催化活性增強的本質和根本原因。

在此，哈爾濱工業大學張乃慶，張宇等人通過簡單的熱處理和淬火將應變引入MoS₂。研究表明，應變將 Mo-S 鍵中的部分反鍵軌道提升到費米級以上，并削弱了 Li-S 和 S-S 鍵，從而使其緊密錨定，加速了多硫化鋰（LiPS）的轉化。

基于高應變MoS₂的電池在 0.2 C條件下的初始放電比容量高達 1265 mAh g^-1，在1 C條件下循環1500 次，每次循環的平均容量衰減僅為 0.041%。

圖1. 作用機制

總之，該工作從電子結構和幾何結構方面揭示了硫氧化還原電催化劑應變效應的起源。通過淬火在 MoS₂ 中引入拉伸應變，由于 MoS₂ 和石墨烯的熱膨脹系數不同，淬火會產生內應力。具體而言，拉伸應變提高了 D 波段中心，將部分反鍵軌道推至 EF 以外，從而使電子更容易占據成鍵軌道。此外，拉伸應變拉長了 MoS₂ 的晶格，削弱了 Li─S 和 S─S 鍵，從而降低了 Li₂S 分解的能壘和 SRR 中的 RDS。

結果表明，高應變的 MoS₂/rGO 對 LiPSs 具有更高的錨定能力和催化性能。以MoS₂/rGO -5.6 作為電催化劑，電池在 0.2 C條件下的初始放電比容量高達 1265 mAh g_-1，在 1 C條件下循環 1500 次，平均容量衰減率僅為 0.041%。因此，該工作揭示了硫氧化還原電催化劑應變效應的起源，未來可根據這一原理設計出更先進的催化劑，加快實用 LSB 的發展。

圖2. 電池性能

The Origin of Strain Effects on Sulfur Redox Electrocatalyst for Lithium Sulfur Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302586

8. Nano Letters：氧空位增強了水系鋁-錳電池的質子嵌入動力學

鋁離子電池因其優越的電化學性能、低成本、高安全性而受到廣泛關注。為了解決電池性能的限制，探索新型正極材料并了解其反應機理具有重要意義。在眾多候選材料中，多種結構和價態使錳基氧化物成為水系鋁離子電池(AAIBs)的最佳選擇。

在此，河北大學張文明教授、李戰雨，新加坡科技設計大學楊會穎等人設計一種由具有豐富氧空位的γ-MnO₂組成的新型正極。結果顯示，該電極在0.2 A g^-1下表現出481.9 mAh g^-1的高放電容量，在0.4 A g^-1下循環200次后可實現高達128.6 mAh g^-1的可逆容量。特別是，通過密度泛函理論計算和實驗對比，驗證了氧空位對加速H⁺反應動力學的作用。

圖1. 結構分析

總之，該工作利用具有豐富氧空位的γ-MnO₂制備了錳基水系AIB。通過對氧空位的理論計算和測試，作者發現氧空位可以通過打開MnO₆八面體增加新的離子擴散路徑來改善H⁺的反應動力學。因此，這種Al//O_v-MnO₂電池在~1.5和~1.0 V處提供兩個放電平臺。在0.2 A g^-1時最高放電比容量可達481.9 mAh g^-1，在0.4 A g^-1下循環200次后仍保持126.6 mAh g^-1容量。

此外，團隊還進行了一系列異位實驗進一步驗證了充電/放電機制，最后發現H⁺和Al³⁺共插入機制是MnO₂正極中的主要過程。因此，該項工作為二氧化錳材料在水系AIB中的應用提供了見解。

圖2. 電池性能

Oxygen Vacancies Boosted Proton Intercalation Kinetics for Aqueous Aluminum–Manganese Batteries, Nano Letters 2023 DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03654