1. Advanced Energy Materials:高性能全固態鋰電池的界面設計

全固態電池面臨高界面電阻和鋰枝晶生長的問題，導致鋰沉積/剝離庫侖效率（CE）低于90％，并且在高容量時臨界電流密度低。

在此，馬里蘭大學王春生團隊通過在Li₆PS₅Cl電解質和鋰負極之間插入混合離子電子導電(MIEC)和疏鋰的LiF-C-Li₃N-Bi納米復合材料中間層以解決界面電阻與鋰枝晶生長問題。

結果顯示，該復合電極在0.2 mA cm^-2/0.2 mAh cm^-2下，將鋰沉積/剝離CE顯著提高到99.6%，臨界電流密度(CCD)為>3.0 mA cm^?2/3.0 mAh cm^?2。具有高離子電導率(10^?5 S cm^?1)和低電子電導率(3.4×10^?7 S cm^?1)的疏鋰LiF-C-Li₃N-Bi中間層使Li能夠在集流體(CC)表面而不是在Li₆PS₅Cl表面上沉積，從而避免了Li₆PS₅Cl電解質的還原。

鋰在CC表面初始沉積過程中，Li滲透到多孔的LiF-C-Li₃N-Bi層中，并將Bi納米顆粒鋰化為Li₃Bi。LiF-C-Li₃N-Li3Bi中間層中的親鋰Li₃Bi和Li₃N納米顆粒將隨著沉積的鋰一起向CC移動最終形成LiF-C-Li₃N-Li₃Bi疏鋰/親鋰中間層。該中間層使面積容量為1.4 mAh cm^-2的Co_0.1Fe_0.9S₂/Li₆PS₅Cl/Li電池在150 mA g^-1下的循環壽命達到850次。

圖1. F和N在LiF-C-Li₃N-Bi/SS中間層的分布

總之，該工作通過在Li₆PS₅Cl電解質和鋰負極之間引入混合離子/電子導電(MIEC)疏鋰層LiF-C-Li₃N-Bi，以避免在Li₆PS₅Cl電解質表面沉積鋰。結果顯示，循環幾次后，鋰側的疏鋰LiF-C-Li₃N-Bi中間層部分轉化為疏鋰/親鋰LiF-C/Li₃Bi-Li₃N。親鋰的Li₃Bi-Li₃N層可以實現均勻的鋰沉積，而疏鋰的多孔LiF-C層由于界面能高，可以在沉積/剝離過程中實現可逆的鋰嵌入/脫出，而不會形成鋰枝晶。

所形成的親鋰/疏鋰界面使得Li/Li₆PS₅Cl/Li對稱電池能夠在3.0 mA cm^-2的高電流密度和3.0 mAh cm^-2的高容量下穩定循環，并且Li/Li₆PS₅Cl/CC半電池在0.2 mA cm^-2/0.2 mAh cm^-2下達到99.6%的CE。采用Co_0.1Fe_0.9S₂正極材料的全固態鋰電池均表現出優異的循環穩定性。因此，該項工作為設計高性能全固態電池提供了一種通用策略。

圖2. 電池性能

Interface Design for High-Performance All-Solid-State Lithium Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202303046

2. Advanced Materials：脫溶和選擇性沉積相結合的隔膜實現鋰金屬電池

提高高能量密度鋰金屬電池（LMB）循環穩定性的一種實用有效的方法是選擇性地調節鋰負極的生長。事實證明，去溶劑化和親鋰結構的設計是調節鋰沉積過程的重要手段。

在此，國防科技大學陳宇方、鄭春滿等人設計了一種負載金屬有機框架（MOF801）的氟化聚合物親鋰隔膜（LS），由于 MOF801 從電解液中錨定了 PF₆^–，鋰沉積被限制在富含親鋰基團（C─F）的聚合物纖維層所形成的平面內，從而促進了 Li⁺ 在隔膜內的快速轉移。結果表明，LS 能產生均勻的電場和 Li⁺ 濃度分布?？梢暬夹g記錄了裝有 LS 的 Li||Li 和 Li||Cu 電池中規律的鋰沉積行為。

因此，LS 具有超高的 Li⁺ 遷移數（tLi⁺ = 0.80）和較大的交換電流密度（j₀ = 1.963 mA cm^-2）。此外，由于形成了富含 LiF 的堅固 SEI 層，匹配 LS 的 LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂||Li 電池表現出卓越的倍率和循環性能。

圖1. 功能隔膜的特征

總之，該工作開發了一種負載 MOF801 的氟化聚合物親鋰隔膜。MOF801 通過自發吸附電解液中的 PF₆^–，降低了隔膜內 Li⁺ 的傳輸電阻，并誘導 Li 沿親鋰聚合物纖維的方向沉積，進一步形成聚合物纖維增強的 Li 復合層。模擬顯示，從電場和濃度場的角度來看，LS 通過平衡電場和降低 Li⁺ 濃度梯度實現了 Li 的均勻沉積。

結果表明，在 1 mA cm^-2 的條件下，使用 LS 的 Li||Li 電池可確保超過 1000 小時的穩定沉積剝離，并在 5 mA cm^-2 的條件下表現出適度的過電位（180 mV）。此外，使用 LS 的 LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ (NCM811) || Li 電池在 2C 下的放電比容量（159.7 mA h g^-1）更大。與 LFP|Celgard|Li 電池（75.2%）相比，使用 LS 的 LiFePO? (LFP) ||Li 電池在 1C 下循環 500 次后的容量保持率高達 92.9%。

電池的高倍率和循環性能的提高歸功于 LS 提供了快速的 Li⁺ 傳輸動力學，構建了堅固的富含 LiF 的 SEI 層，并在鋰負極表面形成了聚合物纖維增強的鋰復合層以減少其體積變化。因此，具有錨定陰離子的功能性 LS 對于實現無枝晶型 LMB 至關重要。

圖2. 電池性能

Upgrading the Separators Integrated with Desolvation and Selective Deposition toward the Stable Lithium Metal Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202311529

3. Advanced Functional Materials：阻燃聚氨酯基固態聚合物電解質用于鋰金屬電池

固態鋰金屬電池（SSLMB）作為下一代儲能裝置已受到廣泛關注。然而，易燃、機械強度低、離子電導率低等缺點限制了固態聚合物電解質（SPE）的進一步發展。

在此，華中科技大學黃云輝，許恒輝，裴非等人通過共價鍵將反應性阻燃單元引入聚合物框架，以產生不可燃和可拉伸的聚氨酯基SPEs。同時，通過接枝剛性苯環單元提高了聚合物主鏈的機械強度，顯著抑制了鋰枝晶的生長。因此，這些易燃的SPE在與火焰接觸6秒后不會燃燒。此外，獲得的SPE將電化學穩定性窗口擴展至5.1 V。含溴的小單體在鋰金屬表面分解，產生富含LiBr的固體電解質界面(SEI)。Li|SPEs|Li對稱電池在0.2mA cm^-2和0.2 mAh cm^-2下可提供超過2100小時的穩定循環壽命。匹配正極的LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂|SPEs|Li電池在0.3C下循環330次后提供142.1 mAh g^-1容量，容量保持率為85.2%。

圖1. 電化學性能及理論計算

總之，該工作通過在聚合物主鏈上接枝不可燃鏈，提出了一種本質不可燃的彈性PU基PCL-MDI-DBNPG固態聚合物電解質。PCL軟段上豐富的含氧官能團提高了電導率和Li⁺的遷移數，而MDI被選為硬段以提高聚合物的機械強度。PU分步生長反應提供的高密度氫鍵賦予PCL-MDI-DBNPG彈性和自修復能力，以適應Li⁺電鍍和剝離過程中電極的體積變化，采用PCL-MDI-DBNPG/LiTFSI電解質的Li對稱電池可提供超過2100小時的穩定循環能力。

更重要的是，采用PCL-MDI-DBNPG/LiTFSI電解質和集成LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂陰極的組裝電池在0.3C下循環330次后可提供142.1 mAh g^-1，容量保持率為85.2%。因此，該工作制備的SPE為制造高能量密度和安全的SSLMBs的提供了新的方向。

圖2. 電池性能

Flame-Retardant Polyurethane-Based Solid-State Polymer Electrolytes Enabled by Covalent Bonding for Lithium Metal Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202310084

4. Nano Letters：分子級陰離子和鋰離子的兩性聚合物隔膜用于高倍率鋰金屬電池

調節鋰金屬表面的離子傳輸已被證實是一種可快速延長鋰金屬電池循環壽命的有效策略，其中離子調節位點的分布起著重要作用。

在此，武漢大學彭創，寧波諾丁漢大學Do Hainam等人報道了超支化聚酰胺(HBPA)接枝聚乙烯(PE)復合隔膜(HBPA-g-PE)。鋰金屬負極表面均勻分布的正-NH₂基團和負- CHNO-基團有效地限制了陰離子的遷移，促進了Li⁺的遷移。將該復合隔膜組裝的鋰對稱電池在20 mA cm^-2的超高電流密度和5 mAh cm^-2的面容量下，具有穩定的循環性能，低壓遲滯為130 mV，超過1500 h(3000次循環)。

此外，HBPA-g-PE隔膜使鋰-硫電池在高硫負載量(4 mg cm^-2)和低電解質含量/硫負載量比(8 μL mg ^-1)的情況下，初始容量和保留容量分別為700和455 mAh g^-1，可實現超過200次的穩定性能。

圖1. 不同功能隔膜的鋰枝晶生長示意圖

總之，該工作制備了一種高效的HBPA-g-PE復合隔膜用于穩定的鋰金屬負極。該隔膜具有兩性特性：即-NH₂基團固定鋰金屬表面的陰離子，阻止鋰枝晶成核；-CONH-基團促進Li⁺的運輸，降低電池極化實現電池高倍率穩定循環。該隔膜得益于HBPA獨特的超支化結構和簡便的化學接枝方法，在分子水平上產生密集且分布均勻的離子調節位點。該隔膜允許鋰金屬負極在20 mA cm ^-2的超高電流密度和5mAh cm ^-2的高容量下穩定循環超過1500小時。同時，該隔膜在高硫負荷和貧電解質條件下具有穩定的循環性能，表明該隔膜具有較高的TRL。因此，該工作為穩定的Li金屬負極提供了簡單有效的策略。

圖2. 電池性能

Molecular-Level Anion and Li+ Co-Regulation by Amphoteric Polymer Separator for High-Rate Stable Lithium Metal Anode, Nano Letters 2023 DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c04333

5. Energy Storage Materials：MoS₂@CoS₂中空納米纖維用于鈉離子存儲

合理的空間納米結構和異質性是提高鈉離子電池電極材料反應可逆性和動力學的有效途徑。然而，如何合理設計和合成同時具有所需異質成分和適當空心結構的SIBs電極材料仍然是一個巨大的挑戰。

在此，中國科學技術大學余彥，北京航空航天大學趙勇、張千帆等人通過簡單的靜電紡絲、熱解和硫化等工藝設計了MoS₂@CoS₂異質結構管中管中空納米纖維。具體而言，獨特的雙壁管狀結構和豐富的MoS₂@CoS₂異質界面，可有效避免反應過程中的體積變化，加快電解質的整體滲透。形成MoS₂@CoS₂異質結引入內置電場可提高鈉離子的吸附能，降低鈉離子的遷移能壘。

獨特的空心結構和非均相成分之間的協同作用可增強鈉存儲，具有顯著的可逆容量(0.5 A g^-1時為858.3 mAh g^-1)、高倍率性能(5 A g^-1時為555.7 mAh g^-1)和優異的長期循環穩定性(8 A g^-1時，1400次循環后為399.6 mAh g^-1)。

圖1. 制備流程

總之，該工作采用靜電紡絲和煅燒法制備了MoS₂@CoS₂異質管中管中空納米纖維。分層中空結構和豐富的MoS₂@CoS₂異質界面的協同作用，不僅有效緩解了循環過程中的體積變化，而且有利于電解質的滲透和離子的運輸。作為SIBs的負極，MoS₂@CoS₂空心納米纖維電極表現出優異的Na存儲性能，在8 A g^?1下，1400次循環后，Na存儲容量達到399.6 mAh g^?1。當與NVP正極耦合時，全電池在0.5 A g^?1下經過100次循環后具有392.7 mAh g^?1的高放電容量。因此，該工作為實現SIBs高性能負極的合理設計提供了見解。

圖2. 電池性能

MoS2@CoS2 Heterostructured Tube-in-tube Hollow Nanofibers with Enhanced Reaction Reversibility and Kinetics for Sodium-Ion Storage, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103170

6. Journal of Energy Chemistry：溫度反轉實現低溫鋅離子電池

低溫條件下由于容易冷凍的電解質和嚴重的鋅枝晶生長，水系鋅離子電池(ZIBs)很難實現優異的電化學性能。

在此，哈爾濱工業大學王振波，廈門理工學院羅浩，廣西科技大學劉寶生，華僑大學闕蘭芳等人提出了一種具有低凝固點和高離子電導率的水系電解質。結合分子動力學模擬和多尺度界面分析，觀察到V₂O₅正極和Zn負極的溫度依賴性是相反的。在低溫下，受電解液溶劑化結構的支配，釩的溶解/穿梭受到顯著抑制，并且這種電化學串擾抑制了鋅枝晶的生長，從而表現出異常的溫度反轉效應。結果顯示，所設計的Zn||V₂O₅全電池具有優異的低T性能，在-20℃下循環9500次（工作超過2500小時）后仍保持近99%的容量保持率。

圖1. 電池性能

總之，該工作提出了一種適用于低T水系ZIBs的電解質。該電解質具有較低的負靜電電位(ESP)，在- 40℃時具有較低的凝固點和較高的離子電導率，表現出陰離子參與的溶劑化結構。由于在- 20℃時比在25℃時的腐蝕和析氫少，因此2.5 M Zn(ClO₄)₂基ZIBs中的鋅負極表現出溫度逆效應。

此外，V₂O₅正極在循環過程中發生溶解、穿梭進而沉積在Zn負極上，導致室溫下全電池容量迅速衰減。而在- 20°C的Zn負極上，V₂O₅正極的析氫、溶解和穿梭效應可被有效抑制。因此，該電解質在0.1 A g ^-1時表現出202 mAh g ^-1的高容量，并在- 20℃下工作9500次(超過2500 h)后具有99%的容量保持率。

圖2. 界面穩定性

Temperature inversion enables superior stability for low-temperature Zn-ion batteries, Journal of Energy Chemistry 2023 DOI: 10.1016/j.jechem.2023.12.019

7. Energy Storage Materials：晶粒尺寸和晶界強度在多晶固態電解質電化學-機械失效中的主導作用

鋰金屬固態電池已成為滿足人們對安全高效能源設備不斷提高的要求的一種有競爭力的選擇。然而，由于鋰（Li）絲的發展導致固態電解質（SSE）失效，阻礙了它的廣泛應用。根據晶粒大小和邊界強度不同的多晶陶瓷固態電解質的性質，應用了與電化學動力學相耦合的構成方程來描繪鋰絲發展所引起的損傷和相應的解體。

在此，西安交通大學劉洋洋，徐謝宇等人根據研究結果發現隨著鋰絲生長而產生的應力會通過晶界的打開和滑動而擴散。因此，損傷沿著晶界發生，其傳播行為和損傷程度受晶粒尺寸的控制。特別是，SSE 晶粒的過度細化和細化不足會分別導致損傷程度過大的絮狀損傷進而加速 SSE 的破壞時間。另一方面，通過強化 SSE 的晶界，可有效延長失效時間。最終，以 0.2 μm 的晶粒尺寸和 0.8 倍晶粒時間的晶界抗拉強度作為閾值，實現了基于 NASICON 的 SSE 的延遲失效。

圖1. 不同晶粒尺寸SSE內部應力場

總之，該工作基于Butler-Volmer電化學動力學，從可視化結果和應力場的演化過程可以看出。由于Li絲的增大，在Li/SSE界面出現了壓應力，導致GB的張開，界面附近的應力向外擴展到SSE的主體。因此，Li絲引起的損傷沿晶界傳播，在SSE體內部自發產生。另一方面，通過加強GB, SSE的損傷隨著時間的延長而減緩。

適當的晶粒細化和晶界強化可以避免絮凝損傷的有害破壞，延長SSE的循環壽命。通過采用先進燒結技術和使用燒結添加劑，確定了國標工程中NASICON SSE晶粒尺寸為0.2 μm，抗拉強度為晶粒強度的0.8倍，為NASICON SSE的優化值。因此，該工作提出的數值模型可以用于其他陶瓷陶瓷，從而促進固態鋰金屬電池作為有效的能源存儲系統在人類生活的各方面的廣泛應用。

圖2. 之前的實驗圖像與模型結果的比較

Grain size and grain boundary strength: dominative role in electro-chemo-mechanical failure of polycrystalline solid-state electrolytes, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103171

8. Advanced Materials：連貫的納米異質晶體實現電子去局域化以提升鋰-硫電池中多硫化物轉化

鋰-硫電池以其理論容量1675 mAh g^-1和出色的能量密度2600 Wh kg^-1而被認為是下一代能量存儲系統有希望的競爭者。然而，在商業化過程中它們仍然存在著需要克服的重大技術障礙，其中最具挑戰性的問題在于，硫和硫化鋰（Li₂S/Li₂S₂）的低電導率會引起緩慢氧化還原反應，導致實際容量不足和循環穩定性差。此外，多硫化物在電解液中的溶解導致有害的“穿梭效應”和電極體積膨脹，嚴重影響電化學循環性能。

在此，華東理工大學龍東輝、張亞運等人受拼圖游戲啟發報告了一種催化劑設計策略，設計了一種由連貫的納米異質晶體復合體組成的高活性表面催化劑。通過原位連貫晶界連接，組裝了大量的納米異質晶體表面，形成了固有穩定的納米晶體網絡。該催化劑增強了電子的去局域化，穩定了高活性晶體表面，并促進了催化劑的整體表面活性。連貫的納米異質晶體復合體完全貫穿整個基質，在活性位點的暴露和活性物種的遷移優化方面發揮了重要作用。

結果顯示，該催化劑表現出優異的性能，基于NbN-NbC的鋰-硫電池展示出顯著的放電容量（0.2C下為1270mA h g^-1）和優異的耐久性（平均容量衰減率為0.0382%每個循環）。

圖1. DFT中強吸附和低轉化能量結果

總之，該工作提出了一種新的催化劑設計策略，用于制備具有增強電子去局域化的連貫納米異質晶體催化劑，以開發高性能的鋰-硫電池。實驗和DFT計算結果表明，碳納米異質晶體對硫轉化和鋰擴散具有促進作用。通過原位拉曼光譜和原位光學顯微鏡技術，對催化機制進行了深入研究，并揭示了碳納米異質晶體催化劑實現快速反應動力學和有效抑制多硫化物遷移的機制，從而展現出卓越的性能。

此外，該工作使用NbN-NbC作為隔膜改性劑，鋰-硫軟包電池實現了高能量密度（>300 Wh kg^-1）并展示了出色的柔韌性，為高能量密度儲能系統提供了重要前景。因此，該工作提出了一種開發高活性位點的創新電催化劑的有效策略，豐富了電催化劑的設計視角。

圖2. 電池性能

Enhanced Electron Delocalization within Coherent Nano-Heterocrystal Ensembles for Optimizing Polysulfide Conversion in High-Energy-Density Li-S Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202310052