1. 華科薛志剛/王勇等 ACS Energy Lett.：利用拓撲共聚物電解質原位聚合，構建快充長壽命鋰金屬電池

具有低成本、高安全性和長壽命的快充鋰金屬電池（LMBs）是下一代儲能技術的理想選擇，但目前還很少實現。

圖1. 合理制備雜化共聚物電解質的示意圖

華中科技大學薛志剛、王勇、Jirong Wang等報告了通過鋰催化正交聚合原位制備出設計良好的混合型、嵌段型和瓶刷型固態聚合物電解質（SPEs），該電解質集成了聚（聚乙二醇甲基醚甲基丙烯酸酯）（PPEGMA）和聚（三亞甲基碳酸酯）（PTMC）基質。

其中，瓶刷拓撲SPE可在PPEGMA和PTMC之間表現出準分子尺度的相溶性，最大限度地提高Li⁺與 PPEGMA/PTMC界面上的醚和碳酸單元的協同配位，同時表現出理想的傳質特性和較寬的電化學穩定性窗口。此外，將甲基丙烯酸三氟乙酯（TFEMA）加入瓶刷式SPE中，還能方便地構建堅固的固體電解質界面相（SEI）。

圖2.?原位正交聚合示意圖

研究顯示，所得復合SPE在30℃時顯示出2.46×10^-4?S cm^-1的高離子電導率，在60℃時氧化穩定性高于5.3 V（vs. Li⁺/Li），并且t_Li+為0.51。這些特性，再加上原位聚合技術所繼承的快速電荷轉移動力學，作者開發出了一種出色的固態鋰金屬電池，這種鋰金屬電池能夠在3C下穩定工作（經過1000次循環后容量保持率為73%）。

圖3.?固態鋰金屬電池的性能

In Situ Orthogonal Polymerization for Constructing Fast-Charging and Long-Lifespan Li Metal Batteries with Topological Copolymer Electrolytes. ACS Energy Letters 2024. DOI: 10.1021/acsenergylett.3c02422

2. 馮金奎AFM：通過一鍋蝕刻策略合成雙金屬電催化劑，實現鋰硫電池中多硫化物的吸附-催化

電催化劑的合理構建引發了人們對加速多硫化物氧化還原動力學和有效限制鋰硫電池中”穿梭效應”的日益濃厚的興趣。

圖1.?材料制備示意

山東大學馮金奎等通過一鍋熔鹽蝕刻策略制備出了一種新型MXene支持的超小Co₃Fe₇雙金屬合金混合物。利用這種環保方法，Ti₃AlC₂前體可直接轉化為Co₃Fe₇-MXene，無需酸堿處理和復雜的工藝。同時，超小型Co₃Fe₇合金顆粒在原位形成并緊密錨定在MXene基質上。

通過簡單的涂覆工藝可將制備的Co₃Fe₇-MXene粉末涂覆到商業隔膜上，這使得能夠在功能性隔膜表面上阻斷和收集多硫化物，同時促進最大化催化效率的電化學轉化過程。

圖2.?對多硫化物的吸附與催化

電化學測試和理論計算證明，由于雙金屬合金的協同效應，Co₃Fe₇-MXene對多硫化物具有卓越的吸附能力和催化能力。

受益于上述優勢，采用Co₃Fe₇-MXene改性隔膜組裝的鋰硫電池具有高容量、優異的倍率性能和卓越的循環穩定性。這項研究為設計雙金屬合金MXene作為高性能、長壽命鋰硫電池中多硫化物的高效電催化劑提供了全面的見解。

圖3.?鋰硫電池性能研究

Ultrasmall CoFe Bimetallic Alloy Anchored on Fluoride-Free MXene by One-Pot Etching Strategy for the Barrier-Adsorption-Catalyst Functions of Polysulfides in Lithium-Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2024. DOI: 10.1002/adfm.202315178

3. 西工大馬越AFM：一種面向無負極銅集流體的超薄補鋰、耐潮界面改性技術

不規范的金屬沉積和脆弱的固體電解質界面相的持續開裂被認為是影響鋰金屬電池（LMBs）循環性的關鍵障礙，尤其是在低N/P比（<3）下。

圖1.?材料制備示意

西北工業大學馬越等開發了一種超薄（5 μm）、輕質（0. 25 mg cm^-2）和防潮的界面層，該界面層由高熵合金（HEAs）和交織的碳納米管（CNTs）支架組成，用于改性銅集流體，以在多尺度上調節高通量金屬沉積。

此外，熱誘導的Li₂₂Si₅合金與疏水性乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）相混合，滲入支架孔隙作為防潮陽離子庫。改性后的 HEA@CNT/Li₂₂Si₅@EVA-Cu電極不僅能在高沉積電流（2 mA cm^-2）和高電容（10 mAh cm^-2）條件下減少鋰枝晶的形成，還能保持600小時的循環性和15 mV的低電壓滯后。

圖2.?半電池性能

此外，采用HEA@CNT/Li₂₂Si₅@EVA-Cu負極與NCM811正極的200 mAh無負極軟包電池在100次循環后可實現90.3%的容量保持率，同時全電池的能量密度高達420.1 Wh kg^-1。對無負極軟包電池進行的實時相位跟蹤和循環后形態評估協同驗證了NCM811正極的可逆相變以及負極襯底的可控枝晶生長。在此基礎上，界面改性方法將促進無負極配置設計，以最大限度地提高能量/功率密集型電池系統的鋰利用率。

圖3.?軟包電池性能

A Thin-Layer, Li+ Compensation, Moisture-Tolerant Interfacial Modification of Cu Substrate Toward the Anode-Less, Energy/Power Dense Li Metallic Batteries. Advanced Functional Materials 2024. DOI: 10.1002/adfm.202314186

4. 陸盈盈EES：通過界面水掩蔽減輕陰極溶解，延長水系鋅離子電池的壽命

水系鋅離子電池（AZIBs）因其固有的安全特性，在大規模儲能應用中具有巨大的潛力。釩基陰極以其高比容量而著稱，但主要由于陰極-電解質界面的水活性而面臨溶解問題。

圖1.?VOH在水系電解液中的溶劑化行為

浙江大學陸盈盈、Hao Cheng等將異山梨醇二甲醚（IDE）引入電解液中，以重塑電解液結構和電極界面化學性質，從而降低水的活性。實驗和理論證據都明確表明，IDE在陰極-電解質界面上表現出顯著的優先特異性吸附，有效地隔離了水分子，降低了水的含量。

此外，IDE還能與水建立牢固的氫鍵，從而破壞水分子間最初的氫鍵網絡，抑制自由水的活性。另外，IDE的引入降低了Zn²⁺溶劑化鞘的含水量，減少了界面結合水的釋放，同時降低了脫溶劑化能。

圖2.?電解液對鋅沉積行為和HER的影響

因此，在IDE改性電解液中，Zn||V₂O₅-nH₂O（VOH）電池表現出卓越的電化學性能，在電流密度為5 A g^-1時，經過2500次循環后仍能保持92.7%的可逆容量，最大比容量為190.3 mAh g^-1。Zn||Zn_0.25V₂O₅-nH₂O（ZVO）電池的最大比容量也達到了令人稱道的266.6 mAh g^-1，并在4000次循環后保留了79.4%的可逆容量。這種開創性的界面水掩蔽劑策略為解決陰極-電解質界面難題提供了一種多功能方法，開創了一個經久耐用的AZIBs時代。

圖3.?Zn||VOH和Zn||ZVO電池的電化學性能

Mitigating Cathodic Dissolution through Interfacial Water Masking to Enhance the Longevity of Aqueous Zinc-Ion Batteries. Energy & Environmental Science 2024. DOI: 10.1039/d3ee04208a

5. 霍開富/張橋保/高標AEM：具有自適應應力分散功能的微納分級多孔鍺用于高穩健鋰離子電池

高容量微米級合金負極材料在循環過程中會發生顯著的體積變化，因此如何控制這些材料的應力是提高其循環能力的關鍵前提。

圖1.?微納分級多孔結構在LIB應用中的優勢

華中科技大學霍開富、廈門大學張橋保、武漢科技大學高標等提出了一種創新的結構設計策略，用于可擴展地制備獨特的三維高度多孔微結構鍺（Ge），這種鍺具有微納分級結構，可作為高性能鋰離子電池（LIBs）的負極。由此產生的微米級鍺由相互連接的納米長絲和雙連續納米孔組成，具有高活性、縮短的Li⁺擴散距離和減輕體積變化的特點，是深入理解結構設計與應力演變之間關系的理想平臺。

圖2.?p-Ge的電化學特性

實驗顯示，這種高多孔性的微米級Ge帶來了創紀錄的92.5%高初始庫侖效率、1.2 mA cm^-2時2,421 mAh cm^-3的大體積容量、卓越的倍率能力（10 Ag^-1時為805.6 mAh g^-1）和循環穩定性（即使在5 A g^-1時，經過1000次循環后容量保持率仍超過90%），在很大程度上優于已報道的Ge基鋰離子電池負極。

此外，通過結合大量原位/非原位實驗表征和理論計算，這項工作還明確揭示了其潛在的鋰存儲機制和應力分散行為。這項工作為合理設計高性能、耐用的合金負極以實現高能量鋰離子電池提供了新的見解。

圖3.?循環后的化學成分和界面形態

Multiscale Micro-Nano Hierarchical Porous Germanium with Self-Adaptive Stress Dispersion for Highly Robust Lithium-Ion Batteries Anode. Advanced Energy Materials 2024. DOI: 10.1002/aenm.202303876

6. 上硅所李馳麟等ACS Nano：高導電和空氣穩定的氟化物固態電解質

氟化物基固態電解質（SEs）具有電化學窗口寬、空氣穩定性高和界面兼容性好等優點，因此已成為高能量密度可充固態電池（SSBs）的一種有前景的成分，但它們仍然面臨著離子電導率低和缺乏鈉金屬SSB所需結構的挑戰。

圖1.?材料合成及表征

中國科學院上海硅酸鹽研究所李馳麟、Jiulin Hu等報告了一種富鈉異質結構氟化物SE–Na₃GaF₆-Ga₂O₃-NaCl（NGFOC-G），它是通過液態金屬鎵的原位氧化和低熔點GaCl₃的原位氯化合成的。

研究顯示，NGFOC-G的獨特特征包括開放框架結構中的單晶Na₃GaF₆域、具有濃度梯度的Ga₂O₃和NaCl復合界面裝飾、優異的空氣穩定性和高電化學氧化穩定性。通過利用鎵在NaF晶界的滲透和原位自氧化形成Ga₂O₃納米域，激活了NaF和GaF₃的固相反應動力學，促進了主要成分Na₃GaF₆的合成。此外，在合成過程中引入少量氯源可進一步軟化和改變Na₃GaF₆與Ga₂O₃的邊界。

圖2.?半電池性能及界面研究

得益于增強的界面離子傳輸，優化后的NGFOC-G在40℃時的離子電導率高達10^-4?S/cm，這是氟基鈉離子SE中的最高水平。此外，這種SE展示了一種”自我保護”機制，即在電化學驅動下形成富含NaF和Na₂O的高楊氏模量過渡層，以防止鈉金屬枝晶生長。相應的Na/Na對稱電池在1000小時內表現出最小的電壓滯后和穩定的循環性能。Na/NGFO-G/Na₃V₂(PO₄)₃電池在室溫下表現出約100 mAh/g的穩定容量釋放。Na/NGFOC-G/FeF₃電池提供了461 mAh/g的高容量，具有優異的轉化反應循環穩定性。

圖3.?全電池性能

Liquid Metal Mediated Heterostructure Fluoride Solid Electrolytes of High Conductivity and Air Stability for Sustainable Na Metal Batteries. ACS Nano 2024. DOI: 10.1021/acsnano.3c12256

7. 武大/武漢理工EES：在高電壓下穩定鈷酸鋰的預疲勞訓練策略

層狀陰極是高能量密度鋰離子電池最有前景的陰極之一，但在高電壓（4.5 V以上）條件下，其結構會因體相應變和表面氧損失而退化。

圖1.?預疲勞訓練策略演示

武漢大學張磊、武漢理工大學孫叢立、洛桑聯邦理工學院Kangning Zhao等報告了一種通過等離子體對層狀鈷酸鋰進行預疲勞訓練的策略，以重建連貫、柔軟、疲勞的巖鹽層，從而實現高電壓能力。重構后的表層呈現出典型的巖鹽結構，與體相具有良好的晶格一致性，從而與體相產生了密切的物理釘扎效應。

此外，表層還具有機械軟性，可提供一種粘附力，防止表層在循環過程中從體相疲勞相上剝離。另外，界面呈現典型的陽離子無序狀態，這將阻礙氧離子從體相的傳輸。

圖2.?電化學性能研究

基于上述優勢，O₃→ H_1-3的不利相變被大大抑制，析氫反應被陽離子無序界面阻斷，從而抑制了體相應變。因此，具有柔軟和相干界面的預疲勞表面能夠在4.6V的高壓下以最小的電壓衰減實現超過1000次循環的卓越循環性能，這優于最先進的LiCoO₂性能。

總體而言，這種在LiCoO₂電極上進行預疲勞訓練的策略可以擴展到其他具有陰離子氧化還原反應的層狀結構，從而推動高能鋰離子電池的發展。

圖3.?結構演化與穩定性優化

A Pre-fatigue Training Strategy to Stabilize LiCoO2 at High Voltage. Energy & Environmental Science 2024. DOI: 10.1039/d3ee03884j

8. 湖南大學魯兵安Nat. Sustain.：用于長循環堿金屬離子電池的安全電解液

安全對于電池的可持續發展至關重要，特別是考慮到易燃有機分子仍然是電解液配方的主要成分。對于單一電解液化學而言，提高安全性往往要以犧牲成本和電池的電化學性能為代價。

圖1.?電解液設計

湖南大學魯兵安等展示了一種電解液，它打破了這種權衡，兼具阻燃性、成本優勢以及在鉀離子電池和鋰離子電池中的優異循環性能。這種合理設計是通過引入氟化液體和非極性溶劑（市場上分別稱為Novec 7300冷卻液和Daikin-T5216）來控制常用乙二胺溶劑的易燃性。研究顯示，配制的電解液具有出色的化學穩定性和熱穩定性，不易燃，并且工作溫度范圍較廣（-75至80℃）。

圖2.?高壓和全電池特性

在鉀金屬電池中應用時，K||K電池可持續循環使用12個月以上，K||石墨電池在循環使用2400次后仍能保持93%的初始容量。即使是在苛刻條件下（N/P = 1.08，E/C = 3.0 g Ah^-1）的18650型鋰離子電池，在循環200多次后，容量保持率也高達96.7%。再加上低成本，這種配方為電解液設計提供了新的空間，幾乎所有對電池可持續性至關重要的因素都可以很好地平衡。

圖3.?電解液的普適性、溫度可持續性和可擴展性

Safe electrolyte for long-cycling alkali-ion batteries. Nature Sustainability 2024. DOI: 10.1038/s41893-024-01275-0