1. 三單位聯合AFM：高溫高壓鋰金屬電池用醚基電解液

鋰金屬與有機溶劑的兼容性對于鋰金屬電池（LMBs）來說是最關鍵的。盡管醚類溶劑對鋰金屬表現出優異的相容性，但醚類溶劑在高溫和高電壓下的反應性阻礙了它們在鋰金屬電池系統中的應用。

圖1. 電解液表征

中科院寧波材料所程亞軍、上海大學趙宏濱、上海空間電源所王可等設計了一種高溫醚類電解液，包括草酰二氟硼酸鋰（LiODFB）、二甘醇二丁基醚（DGDE）、3-甲氧基丙腈（MPN）和氟代碳酸乙烯酯（FEC），簡稱MDF電解液。

研究顯示，電解液中MPN的存在改變了溶劑化結構，從而促進了ODFB^?氧化還原反應的增加，并與FEC協同構建了堅固的固體電解質界面（SEI），有效抑制了鋰枝晶的生長和溶劑分解。

圖2.?鋰沉積形貌及SEI分析

因此，MDF電解液不僅使Li||Cu和Li||Li電池表現出較長的循環穩定性和高的庫侖效率，而且在Li|| LiFePO₄（LFP）和Li|| LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM811）電池中都表現出優異的循環特性。值得注意的是，即使暴露在高達80℃的高溫下，這些電池仍表現出穩定的運行，并且Li||NCM811電池在4.5 V的高電壓水平下也保持優異的循環穩定性。

圖3.?Li||NCM811電池性能

Ether-Based Electrolyte for High-Temperature and High-Voltage Lithium Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2024. DOI: 10.1002/adfm.202313319

2. 中國石油大學/山東大學AFM：高性能鉀離子電池CEI的原位結構調制

錳基層狀氧化物陰極，特別是K_xMnO₂（KMO），由于其低成本、高理論容量和優異的熱穩定性，在鉀離子電池（PIBs）中顯示出巨大的潛力。然而，電極/電解質的Jahn-Teller畸變、錳溶解和界面不穩定性會導致結構不穩定和性能衰減。

圖1.?電解液的電化學性能研究

中國石油大學（華東）吳明鉑、顧鑫、山東大學楊劍等首次在PIB中使用二氟（草酸）硼酸鋰（LiDFOB）作為電解液添加劑，以提高P3型KMO的電化學性能。

X射線光電子能譜（XPS）和飛行時間二次離子質譜（TOF-SIMS）表明，LiDFOB參與正極/電解液界面（CEI）的形成，并有效抑制電解液溶劑的分解，從而形成富含F和B但含有較少C和O物種的CEI層。高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）和原子力顯微鏡（AFM）證實，該CEI層均勻、薄且堅固，從而導致增強的反應動力學、穩定的晶體結構和減少的錳溶解。

圖2.?CEI表征

因次，采用含有LiDFOB堿性電解液的P3-KMO陰極表現出顯著改善的電化學性能，例如在100 mA g^?1下經過300次循環后，表現出顯著的庫侖效率≈99.5%和高容量保持率78.6%。此外，P3-KMO||軟碳的全電池表現出令人滿意的比容量和能量密度。該研究強調了界面化學對PIBs的重要性。

圖3.?LiDFOB添加劑獨特功能的示意

In Situ Structure Modulation of Cathode-Electrolyte Interphase for High-Performance Potassium-Ion Battery. Advanced Functional Materials 2024. DOI: 10.1002/adfm.202313146

3. 南開李福軍AM：鈉離子電池超穩定層狀氧化物陰極材料的配位化學調控

層狀過渡金屬（TM）氧化物陰極在鈉離子電池（SIBs）中受到越來越多的關注。然而，它們在實際應用中受到Jahn-Teller畸變和不可逆陽離子遷移的困擾，這會導致嚴重的電壓衰減和結構不穩定。

圖1.?充放電過程中的原位XRD研究

南開大學李福軍等報告了O3-Na_0.898K_0.058Ni_0.396?Fe_0.098Mn_0.396Ti_0.092O₂(KT-NFM)作為一種超穩定陰極材料，它是通過剛性KO₆柱和柔性TiO₆八面體的多位取代實現。研究顯示，K柱誘導了收縮的TMO₂板及其強烈的庫侖排斥作用，從而抑制了Ni/Fe遷移；Ti的加入加強了Ni(3_deg*)-O(2p)的雜化，從而緩解了不希望發生的O3-O’3相變。

圖2.?第一原理分子動力學模擬

兩者的結合使KT-NFM結構穩定，不會出現裂縫和TM遷移和損失。實驗證明，該電池可提供135.6 Wh kg^-1的高能量密度和倍率能力，并在KT-NFM|||硬碳的軟包電池中實現了超穩定循環，2000次循環后容量保持率大于90%。總體而言，調節配位化學的多位點置換策略將為鈉離子電池的反應機理和材料設計提供新的見解。

圖3.?電化學性能研究

Regulation of Coordination Chemistry for Ultra-Stable Layered Oxide Cathode Materials of Sodium-Ion Batteries. Advanced Materials 2024. DOI: 10.1002/adma.202311523

4. 三單位ACS Nano：高熵MXene作為雙功能介體用于先進鋰硫全電池

高能量密度鋰硫電池（LSB）的開發仍然受到多硫穿梭效應的阻礙。

圖1.?HE-MXene/G@PP的制備及表征

北京理工大學陳人杰、陜西科技大學宋浩杰、王思哲、上海大學楊超等通過”高熵”與MXene的巧妙結合，提出了一種含有多元素準原子的HE-MXene 摻雜石墨烯復合材料，作為LSB中隔膜改性的雙功能介質（HE-MXene/G@PP）。研究發現，HE-MXene/G@PP具有高導電性，可實現快速的多硫化鋰（LiPSs）氧化還原轉換動力學；具有豐富的金屬活性位點，可實現與多硫化鋰的高效化學吸附；具有強親鋰性，可實現Li⁺在鋰金屬表面的均勻沉積。

DFT理論計算、原位拉曼和DRT結果相繼證明，HE-MXene/G@PP可通過協同調制雞尾酒效應高效捕獲LiPSs并加速LiPSs氧化還原反應，此外其晶格畸變效應可有效誘導無樹枝狀鋰的均勻沉積。

圖2.?理論計算

因此，這項工作實現了出色的長期循環性能，在1 C/2 C條件下循環1200次后，每次循環的衰減率為0.026%/0.031%。Li||Li對稱電池在40 mA cm^-2/40 mAh cm^-2下循環6000小時后仍保持穩定的過電位。此外，它還在7.8 mg cm^-2和5.6 μL mg^-1的低E/S比條件下實現了良好的循環穩定性。這一策略為同時解決硫陰極和鋰陽極問題提供了一種合理的方法。

圖3.?鋰硫全電池性能

High-Entropy MXene as Bifunctional Mediator toward Advanced Li–S Full Batteries. ACS Nano 2024. DOI: 10.1021/acsnano.3c10731

5. 廈大/浙工大Angew：通過調節電化學鋰儲層的結構連接性定制鋰沉積

鋰沉積不規則是鋰金屬電池可逆性差和循環不穩定的主要原因，甚至會導致安全隱患，其原因已被廣泛探討。在傳統測試方案中，鋰完全溶解所導致的結構斷開是鋰在后續沉積過程中不規則生長的關鍵因素。

圖1.?Li剝離過程中的Li/SEI形態和組成

廈門大學彭棟梁、謝清水、浙江工業大學劉育京等闡明了電化學鋰儲層結構連接在后續鋰沉積行為中的關鍵作用，并建立了形態-性能相關性。具體而言，這項工作系統分析了鋰剝離過程中預留鋰金屬和SEI層的物理形態和微觀結構，發現界面動力學和隨后的成核和生長行為與結構連通性直接相關。

研究發現，電化學預留鋰能在鋰溶解過程中保持鋰與SEI外骨架和集流體的結構連通性，這不僅保留了Li⁺的擴散途徑，還維持了電子導電連接，從而防止了非活性鋰的形成。

圖2.?納米結構、動力學和結構連接性的示意圖

此外，共形SEI外殼附著的穩定且分布良好的原位鋰儲層可為后續鋰沉積提供均勻分布的成核點。該研究結果表明，電化學鋰儲層不僅有助于為后續循環提供鋰，還能保持結構的連通性，確保后續鋰沉積的動力學可行性。通過保持結構連通性，可以實現密集的鋰沉積，Li|Cu電池的循環壽命提高了7.5倍，無陽極鋰金屬電池的容量保持率提高了10%。

圖3.?半電池和無陽極全電池的電化學性能

Tailoring Li Deposition by Regulating Structural Connectivity of Electrochemical Li Reservoir in Li-metal Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2024. DOI: 10.1002/anie.202319847

6. 郭孝東/肖遙AM：制定局部氧環境減輕富鋰材料中的電壓滯后

富鋰陰極材料因其卓越的能量密度（> 900 Wh kg^-1）而成為鋰離子電池最有前景的選擇之一。然而，充放電過程中的電壓滯后降低了能量轉換效率，阻礙了其在實際設備中的應用。

圖1.?CR64的結構表征及電化學性能

四川大學郭孝東、Lang Qiu、溫州大學肖遙等深入研究了不同Li₂MnO₃比值的富鋰錳基材料中電壓滯后的內在機理，并提出了解決這一問題的有效方法。作者通過電化學評價、同步輻射X射線吸收光譜（XAS）、球差校正掃描透射電子顯微鏡（AC-STEM）與電子能量損失譜（EELS）以及DFT計算，指出氧離子在低放電電壓（< 3.6 V）下的反應活性是電壓滯后的根源，而層間TM遷移是否發生不會對其產生影響。

此外，通過成分調節，這項工作設計出了TM層中各種TM/Li排列的結構，進一步證實了O^2-局部環境的變化會改變其在低電壓下的反應活性，從而影響遲滯行為。

圖2.?不同Li₂MnO₃配比材料的結構表征

實驗顯示，從0.8Li₂MnO₃·0.2LiNi_0.5Mn_0.5O₂(CR 82)到0.2Li₂MnO₃·0.8LiNi_0.5Mn_{0. 5}O₂(CR 28)，隨著Li₂MnO₃比值的降低，TM層從特征性的TM-TM-Li排列過渡到TM/Li-TM/Li-TM/Li排列（Li 2b 位點部分被TM離子占據），伴隨著電壓滯后的降低和能量轉換效率的提高。

其中，TM層具有明顯TM/Li紊亂的CR 28顯示出15.70 mAh g^-1的輕微滯后容量和89.07%的高能量效率。對O^2-周圍局部環境的調節為設計高性能陰極材料開辟了一條新途徑。

圖3.?CR 82、CR 55、CR 46和CR 28的電化學行為

Formulating Local Environment of Oxygen Mitigates Voltage Hysteresis in Li-rich Materials. Advanced Materials 2024. DOI: 10.1002/adma.202311814

7. 高國新/丁書江/胡小飛AEM：自組裝芳綸納米纖維氣凝膠復合固態聚合物電解質

全固態鋰金屬電池（ASSLMBs）在開發下一代高安全、高能量密度鋰電池方面前景廣闊，但仍面臨鋰枝晶生長和厚度的挑戰。

圖1.?PAL電解質設計

西安交通大學高國新、丁書江、胡小飛等開發了由低密度自支撐芳綸納米纖維（ANF）氣凝膠骨架支撐的超薄聚環氧乙烷（PEO）基復合固態聚合物電解質（PAL）。具體而言，這項工作通過一種新型CO₂輔助誘導自組裝方法，獲得了具有精心設計雙交聯度雙層結構的ANF氣凝膠。

得益于ANFs和PEO之間的分子間相互作用，PAL實現了具有優異熱穩定性和機械強度的超薄厚度（20μm）。同時，由于功能化的ANF對離子通路的調節，PAL在沒有枝晶的情況下實現了均勻的鋰沉積，從而為對稱電池帶來了穩定的長循環（1400小時）。

圖2.?PAL電解質的電化學性能

因此，Li|PAL|LiFePO₄（LFP）電池具有優異的長期循環穩定性（1C，>700次循環，庫侖效率>99.8%）和快速充電/放電性能（倍率性能達10C）。

此外，從更實用的角度講，由于能夠匹配高負載（8 mg cm^?2）陰極，Li|PAL|LFP電池還實現了180 Wh kg^?1的能量密度。并且，雙層Li|PAL|LFP軟包電池在循環和濫用測試中表現出優異的柔性和安全性。

圖3.?全電池性能

CO2-Assisted Induced Self-Assembled Aramid Nanofiber Aerogel Composite Solid Polymer Electrolyte for All-Solid-State Lithium-Metal Batteries. Advanced Energy Materials 2024. DOI: 10.1002/aenm.202303527

8. Angew：電化學疏水三層界面構筑機械分級SEI，穩定鋅金屬陽極

水系鋅離子電池作為電網規模的儲能裝置很有前景，但由于電極/電解質界面不穩定而受到阻礙。

圖1.?電解液的物化特性

瑞士洛桑聯邦理工學院趙康寧等報道了用于水系鋅金屬電池的貧水離子液體電解液。研究顯示，這種貧水離子液體電解液超越了基于經典Gouy-Chapman-Stern理論的電化學雙電層，形成了由前兩層疏水性OTF-和EMIM+以及第三層松散附著的水組成的疏水性三層界面。通過利用疏水性三層界面，貧水離子液體電解液實現了寬的電化學工作窗口（2.93V）和相對高的鋅離子電導率（17.3mS/cm）。

此外，陰離子擁擠界面促進了OTF-分解化學，形成了機械分級的固體電解質界面層，同時抑制了枝晶的形成并保持了機械穩定性。

圖2.?不同電解液的電化學性能

受益于上述優勢，貧水離子液體電解液在20A/g和N/P比為1.5的實際條件下實現了超過10000次循環的超長循環能力，累積面容量達到1.8Ah/cm²，優于最先進的鋅金屬電池性能。總體而言，這項工作強調了穩定的電極/電解質界面穩定性的重要性，這對于構建高能電網規模的鋅離子電池是實用的。

圖3.?高壓鋅離子電池的電化學性能

Electrochemical Hydrophobic Tri-layer Interface Rendered Mechanically Graded Solid Electrolyte Interface for Stable Zinc Metal Anode. Angewandte Chemie International Edition 2024. DOI: 10.1002/anie.202318063