8篇电池顶刊：陈忠伟、涂江平、范修林、杨剑、何会兵、王秀丽、赵进、罗维等成果！

1. 范修林/范利武Nat. Commun.：解读SEI是如何影响高氟电解液中的Li沉积

电解液工程通过构建富含LiF的固体电解质间相（SEI）来实现具有高库仑效率（CE）的锂金属电池（LMBs）。然而，LiF的低导电性会扰乱Li⁺在SEI中的扩散，从而诱发了Li⁺转移驱动的树枝状沉积。

浙江大学范修林、范利武等建立了一个机械模型，以解读SEI是如何影响高氟电解液中的Li沉积。

图1 LMB中的锂沉积模型

所提出的理论描述了容量损失和电流密度之间的线性关系，以确定斜率k（由SEI成分的Li⁺流动性决定）作为描述整个SEI的Li⁺通量均匀性的指标，而截距决定了电解液可以达到的最大CE。所提议的模型激发了双卤化物（F和Cl）电解液的设计，它们会在锂金属负极（LMA）上原位产生双卤化物（LiF_1-xCl_x）SEI。

图2 不同电解液中锂沉积行为的建模

结果，与LiF相相比，Cl掺杂使LiF_1-xCl_x相具有快速的Li⁺电导率，并在不影响机械稳定性的情况下降低了6倍的能量屏障。其有效性体现在锂-铜电池的CE（>99.5%）和全电池循环寿命的延长（>200次）。特别是，使用双卤化物电解液的无负极Cu | |LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂软包电池在实际水平上实现了>125次循环。因此，所提出的方案能够从根本上理解和评估锂的沉积，并为实现高能量的LMB开辟了一个可行的工程方法。

图3 LMB的性能和表征

Tackling realistic Li⁺ flux for high-energy lithium metal batteries. Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-33151-w

2. 杨剑/顾鑫AEM：高耐用性、超快速循环双离子电池，20C寿命超3000次！

双离子电池（DIBs）由于其低材料成本、高功率能力和环境友好性，在能源储存方面显示出良好的前景。然而，作为阴极的石墨总是受到结构破坏和电极/电解质界面不稳定的影响，这大大降低了其电化学性能。

山东大学杨剑、中国石油大学（华东）顾鑫等将三（三甲基硅）亚磷酸酯（TMSP）用作电解液添加剂加入，以改善电化学性能。

图1 电化学性能

尽管TMSP曾经用于传统的LIBs，但这项工作首次报道其作为DIBs的电解液添加剂。与LIBs的情况不同，在DIBs中跨越石墨正极电解质界面（CEI）层传输的是大的阴离子，而不是小的锂离子。X射线光电子能谱（XPS）和ToF-SIMS表明，由TMSP分解产生的原位CEI层具有较少的LiF，但有较多的SiO-和PO₂-，表明TMSP有效地抑制了电解液盐的分解，电解液的NMR也支持这一结果，在加入TMSP后，电解液盐类的典型水解产物HF和P₂O₂F-大大减少。因此，电极的稳定性和反应的可逆性得到了改善。

图2 TMSP的作用

同时，高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）和ToF-SIMS表明，TMSP衍生的CEI层是均匀和薄的，从而提高了电荷转移的动力学。因此，由TMSP诱导的优异性能在石墨中得到证明，其显示出超快的倍率能力（30C时≈96.8%）和超稳定的循环性能（10C时3000次循环后为92.5%，20C时3000次循环后为88.7%）。这些结果证明了石墨上的CEI层在DIBs中的巨大潜力。

图3 CEI的表征

Highly Durable and Ultrafast Cycling of Dual-Ion Batteries via In Situ Construction of Cathode–Electrolyte Interphase. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202253

3. 广西大学何会兵AFM：构建金属-分子界面获得高可逆锌金属负极

水系锌离子电池（AZIBs）由于其固有的安全、低成本和可扩展性等吸引人的特点，在大规模储能系统中正受到越来越多的关注。不幸的是，水引起的寄生反应和锌负极上的枝晶生长严重阻碍了AZIBs的进一步发展。

广西大学何会兵等在ZnSO₄电解液中引入了一种硫脲添加剂（TU），构建了独特的金属-分子界面，以同时调节Zn负极界面的化学成分和体相电解液环境。

图1 TU分子在Zn负极上的吸收行为

由于TU分子中的S原子与Zn金属负极的Zn原子之间的强相互作用，形成了一个水排斥界面，以减少水与Zn金属负极的反应性。此外，N和S元素上的长对电子赋予了TU良好的锌亲和力，能够提供丰富的Zn²⁺配位，从而调节配位环境，并加速水合Zn(H₂O)₆²⁺的脱溶过程，进而提高锌的沉积质量。这种独特的金属分子界面不仅可以作为腐蚀抑制剂抑制水引起的副反应，促进无腐蚀的锌负极，而且还可以作为离子调节剂调节Zn²⁺的脱溶过程，实现无树枝状物的锌负极。

图2 含/不含TU的电解液中锌的沉积行为

因此，Zn|Zn对称电池在1 mA cm^-2、1mAh cm^-2的条件下表现出1200小时的延长寿命，在10 mA cm^-2的条件下表现出3000 mAh cm^-2的高累积容量。当与V₂O₅正极配对时，Zn|V₂O₅全电池在1 A g^-1的情况下循环1000次后，可实现76.0%的高容量保持。总体而言，这项工作为先进可充锌金属电池铺设了一条调节锌电极化学的新途径。

图3 全电池性能

Building Metal-Molecule Interface towards Stable and Reversible Zn Metal Anodes for Aqueous Rechargeable Zinc Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202206695

4. 涂江平/王秀丽等AFM：揭示 Cl 取代对锂硫银锗矿电解质的影响

全固态电池被认为是下一代储能设备，可以满足市场对高能量密度和安全性不断增长的需求。固态电解质的离子传导性和电化学稳定性是影响电池性能的两个关键特性。

浙江大学涂江平、王秀丽、Yu Zhong等通过优化的结晶过程制备了一种富含Cl的锂硫银锗矿，它具有高离子电导率，良好的枝晶抑制能力，以及增强的界面稳定性可防止分解。

图1 材料合成及表征

具体而言，这项工作通过在不同的温度（300-550℃）下对研磨好的粉末进行退火，合成了Li_5.5PS_4.5Cl_1.5硫银锗矿。研究显示，450℃的低退火温度适用于LPSCl1.5，以获得具有8 mS cm^-1高离子电导率的纯相，并且锂硫银锗矿电解质的离子电导率受结晶度、S^2-/Cl^–无序度和杂质的影响，所有这些都可以通过退火过程进行控制。

图2 对称电池性能

增加LPSCl的Cl含量可以提高其枝晶抑制能力和阳极稳定性，这表现在临界电流密度的提高和更稳定的锂沉积/剥离性能。对锂/电解质界面的AIMD模拟的RDF分析显示，LPSCl1.5在原子尺度上拥有较高的抗分解稳定性。最后，采用LPSCl1.5作为电解质的全固态电池显示了更好的电化学性能，这是因为LPSCl1.5具有高的离子传导性，增强了阳极稳定性，并且与NCM正极的界面电阻较小。这项工作显示了Cl掺杂带来的硫银锗矿电解质的多重提升，为全固态电池电解质的选择提供了重要指导。

图3 全电池性能

Revealing the Impact of Cl Substitution on the Crystallization Behavior and Interfacial Stability of Superionic Lithium Argyrodites. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202207978

5. 两单位联合Adv. Sci.：通过晶体表面工程增强多硫化物的吸附与催化转化

锂硫（Li-S）电池作为储能系统有着巨大的前景，但臭名昭著的多硫化锂（LiPSs）穿梭效应以及缓慢的硫转化动力学困扰着其应用。

滑铁卢大学陈忠伟、华南师范大学张永光、王新、金名亮等开发了独特的Co₃O₄/N掺杂的还原氧化石墨烯（Co₃O₄/N-rGO）复合材料，作为锂硫（Li-S）电池有利的硫固定剂和促进剂。

图1 材料制备

所制备的Co₃O₄纳米多面体（Co₃O_4-NP）和Co₃O₄纳米立方体分别暴露出（112）和（001）表面，具有不同的Co²⁺/Co³⁺位点的原子结构。实验和理论计算证实，具有不同氧化态的八面体配位Co³⁺（Co³⁺_Oh）位点与四面体配位Co²⁺位点相比，能优化多硫化锂的吸附和催化转化。特别是，负载在N-rGO上的Co₃O₄-NP晶体暴露出具有充足的Co³⁺_Oh活性位点的（112）平面，对多硫化物表现出更强的吸附性和卓越的催化活性，从而抑制了穿梭效应。

图2 对多硫化物的吸附与催化

受益于上述优势，S@Co₃O₄-NP/N-rGO正极具有优异的电化学性能，例如，具有稳定的循环能力，在1C下的500次循环中具有0.058%的低容量衰减率，具有3C的极佳倍率能力，以及4.1 mAh cm-2的高面积容量。总体而言，这种催化剂的设计结合了晶体表面工程和氧化状态调节策略，为解决Li-S电池的复杂问题提供了新方法。

图3 Li-S电池性能

Oxidation States Regulation of Cobalt Active Sites through Crystal Surface Engineering for Enhanced Polysulfide Conversion in Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202202352

6. 南邮Nano Energy：图案化实现高可逆锌金属负极，10 mA/cm²下循环1200h

可充锌离子水电池（ZIBs）已经成为电网规模储能系统中最具潜力的技术之一。然而，在实际应用中，平面结构的锌离子电池负极上不可控的枝晶生长和副反应严重困扰着人们，因此迫切需要开发有效的策略来稳定锌负极。

南京邮电大学赵进、马延文、谢燕楠等揭示了锌枝晶的生长与锌沉积过程中内应力积累密切相关，并设计和制备了一种具有图案化微槽结构的锌金属负极，它可以有效释放沉积引起的应力并抑制枝晶的生长。

图1 材料制备及模拟

具体而言，作者在Zn/聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜上直接观察到了应力诱导的Zn负极形态变化，这表明沉积诱导的应力与枝晶的生长密切相关。然后，进一步提出了一种微区应力缓和的途径，即通过金属网辅助在Zn金属箔表面引入有序的沟槽（约30微米宽度和约25微米深度）来抑制Zn枝晶的生长，并适应大量的Zn沉积量。图案化沟槽可以提供足够的缓冲空间，有效地缓解沉积引起的应力积累。

图2 对称电池性能

值得一提的是，与Nafion薄膜涂层耦合的图案化锌负极可以有效抑制副反应，并在10 mA cm^-2的高电流密度下呈现1200小时的超稳定循环，并在1-20 mA cm^-2的倍率性能范围内具有低电化学极化，以及在10 mA cm^-2和10 mAh cm^-2的深度放电/充电性能中具有稳定的电压滞后。所提出的策略的可行性被进一步证实，并在Zn|MnO₂柔性电池中得到实施，该电池具有令人印象深刻的186 mAh g^-1的容量，高电化学稳定性和出色的机械柔性。该研究的发现有望为设计高可逆的水系锌离子电池提供深刻的见解。

图3 全电池性能

Releasing Plating-Induced Stress for Highly Reversible Aqueous Zn Metal Anodes. Nano Energy 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107814

7. 成均馆大学EnSM：正极和固态电解质直接集成实现长循环锂金属电池

锂金属电池存在严重的锂枝晶生长、低库仑效率以及与安全问题相关的差循环寿命问题。克服这些缺点的一种可行方法是采用固态电解质(SSE)代替传统的液态电解质

成均馆大学Dukjoon Kim等提出了一种集成的正极/SSE（ICSE）来增强界面附着力，从而实现具有高能量密度的高性能锂聚合物金属电池（LPMB）。

图1 ICSE的组装示意及优势

具体而言，采用离子导电粘结剂将由聚（乙烯醇）/聚（乙二醇）-聚（碳酸乙烯酯）（PVA/PEG-PVEC）组成的半互穿网络（semi-IPN）结构的SSE直接浇铸在正极层上，然后去除溶剂以获得ICSE。在该ICSE中，PVA被选为主体聚合物电解质，因为它在界面相容性和与电极的粘附强度以及离子电导率和机械强度方面具有出色的表现。此外，为了在不牺牲PVA机械完整性的情况下，增强Li⁺转移能力，在PVA存在下，具有Li⁺导电C=O位点的碳酸乙烯亚乙酯(VEC)与 PEGDA交联。交联的PEG-PVEC部分与PVA分子互穿，形成semi-IPN结构，进一步增强其机械强度。通过这种方式，与采用自支撑SSE组装的传统全固态电池（ASSLMB）相比，ICSE电池具有以下优势：（i）沿厚度方向缩短离子迁移距离，（ii）正极层和SSE层之间优化的界面接触，以及(iii)在整个正极层和SSE/正极界面建立连续的离子传输路径。

图2 PVA/PEG-PVEC的物化性质

结果，通过直接将ICSE与锂金属负极配对组装的全电池能够在室温下循环500次后提供157 mAh/g的高容量和98.6%的高容量保持率。此外，ICSE即使在扭曲和折叠后也能持续工作，展现了其出色的柔性和安全性。总之，在这项工作中，ICSE为具有良好电化学性能、高能量密度和安全性的电池设计提供了一条有前景的途径，展示了LPMB实际应用的巨大潜力。

图3 电化学性能

Long-cycling lithium polymer battery enabled by interface integration between cathode and solid electrolyte. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.09.011

8. 罗维/邹儒佳Nano-Micro Lett.：高性能锂硫电池，5C稳定循环1000次！

催化被认为是缓解锂硫电池缓慢反应动力学和严重穿梭效应的有效策略。

东华大学罗维、邹儒佳等首次报道了一种用于合成由超薄二维Ti₃C₂TX-TiN异质结构(MX-TiN)组成的空心球形结构，以用作新型高性能锂硫电池电催化剂。

图1 材料制备及表征

二维异质结构在Ti₃C₂T_x MXene和TiN之间通过形成的键紧密接触，具有大量界面区域，以激发高密度电子流，实现导电性的整体增强，从而提供低电阻、高电化学反应动力学。TiN（001）表面还显示出优异的电子结构，具有良好的吸附能力和高催化活性。此外，超薄层状异质结构的厚度被控制在几纳米，这缩短了催化剂到活性硫物质的电子扩散距离，并通过丰富的吸附和催化位点扩大了表面积。根据DFT计算，多硫化物（LiPSs）通过化学键牢固地固定在MX-TiN表面，通过降低从液态Li₂S₄到固态Li₂S₂/Li₂S的转化势垒，反应动力学大大增强。从整体上看，中空球形结构可以实现高硫负载，抑制二维结构的自发重新堆叠，将LiPSs紧紧地困在球内，并在放电过程中适应大体积膨胀。

图2 对LiPSs的催化转化

得益于这些优势，S/MX-TiN正极显示出卓越的初始容量、高倍率性能和出色的长期循环性能。更重要的是，在高硫负载（10.16 mg cm^-2）和贫电解液（E/S = 7.84）下，S/MX-TiN正极仍提供了令人印象深刻的面积容量（8.27 mAh cm^-2），提高了锂硫电池实际应用的可行性。凭借这项工作产生的见解，作者期望超薄二维异质结构的合理设计和构造不仅可以提高锂硫电池系统的性能，还可以拓宽其他储能和转换系统的电催化剂设计视野。

图3 Li-S电池性能

Construction of Ultrathin Layered MXene-TiN Heterostructure Enabling Favorable Catalytic Ability for High-Areal-Capacity Lithium–Sulfur Batteries. Nano-Micro Letters 2022. DOI: 10.1007/s40820-022-00935-0