1. Energy & Environmental Science：电极电导率对电解质界面结构的影响及其对Na^0/+电化学性能的影响

电极/液体电解质界面处的分子和离子组件，即双电层（EDL），通过引导稳定界面的形成来定义电池性能。不稳定的界面会阻碍金属阳离子的扩散，导致持续的电解质消耗以及锂枝晶不可控生长。电解质化学和初始循环条件的共同选择通常被考虑用于设计所需的界面。同时，电极材料的介电性质在很大程度上被忽略。

在此，澳大利亚迪肯大学Maria Forsyth院士，陈芳芳研究员等人研究了电极电导率对电解液界面结构的影响及其对Na^0/+电化学性能的影响。该工作证明了基于离子液体（ILs）和碳酸酯溶剂的钠电解质界面的电位驱动结构变化在很大程度上受到电极材料介电性质的影响。

这种结构差异主要是由于电极和电解质之间的范德华力不同造成的，对于金属电极来说，这种范德华力足够大，会根据所施加的电势在带负电荷的金属表面附近促进阴离子溶解的钠簇。与此形成鲜明对比的是，有机物（即溶剂分子）偏爱半导体电极。因此，这些差异导致了不同的界面化学性质（阴离子衍生或溶剂衍生）。

图1. 通过CCM MD模拟对不同应用电势下Au(111)和石墨（平面）电极上离子液体电解质的界面分析

总之，本工作表明电池电极上形成界面产物的机理取决于电极材料的介电性质，尤其是在使用IL电解质时。所展示的电极效应源于电极/电解质界面结构的差异及其外加电荷的变化。为了实现稳定和低电阻的电荷转移，主要由阴离子分解产物（不溶的、电子绝缘的和离子导电的）形成的界面似乎是有利的。

此外，电极/电解质界面的组成取决于不同电解质种类的吸附能，并取决于界面范德华和库仑相互作用；带电的半导体电极不太可能在其表面附近保留相同电荷的高极性分子或离子，因为它们的电子极化性低，分散力弱。这一点在 IL 电解质中尤为重要，因为有机 IL 阳离子和阴离子配位的 Li⁺/Na⁺ 复合物会在带负电的表面附近发生竞争。在半导电电极上，IL 电解质可在低电流密度下形成阴离子衍生相，因为界面上仍富含阴离子配位的 Li⁺/Na⁺ 复合物。相反，较高的电流密度会导致形成富含有机物的厚界面，并产生高电阻，这是因为半导电电极表面附近的离子阳离子成分增加了。由于高电子极化性和强大的分散力，带高负电荷的金属电极可将吸附的高极性分子或带相同电荷的离子保留在其表面附近。这反过来又允许使用高电流密度，从 IL 电解质中类似熔盐的丰富界面中产生阴离子衍生相。

对于只有碱金属阳离子的碳酸酯基电解质，对金属电极和半导体电极施加高电流密度在两种情况下都会产生类似的效果，并使被吸引到电极界面的 Nax(PF₆)y 团簇形成阴离子衍生相；不过，电极性质会根据极性影响特定溶剂的界面浓度。因此，电池的合理设计不仅需要考虑新的电解质化学成分、优化其传输特性和界面形成协议，还需要考虑电极材料的介电性质的作用。

图2. 不同电极和预处理条件下1.0 M NaPF₆ in EC:DMC (1:1 vol.)系统的电化学和MD模拟数据

Impact of the electrode conductivity on the electrolyte interfacial structuring and its implications to the Na^0/+ electrochemical performance, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee00864a

2. Advanced Materials：空间限制和双金属催化的协同策略提升锂硫电池的硫转化动力学

锂硫电池具有高理论比容量 (1675 mAh/g)、丰富硫资源、环境友好、价格低廉等优势，是一种高性能的新型储能电池。在放电过程中，硫锂化会形成一系列长链多硫化物(S₈→Li₂S₈→Li₂S₆→Li₂S₄)，它们容易溶解在醚基电解液中，造成快速的容量衰减和较差的循环稳定性。这种现象被称为“穿梭效应”，严重阻碍了锂硫电池的商业应用。

在此，中科院长春应用化学研究所逯乐慧研究员团队提出了一种核壳结构的Co/Ni双金属掺杂MOF/硫颗粒的策略来解决这一难题。该策略巧妙地将硫颗粒封装在CoNiMOF的网状结构里，作者将其比喻为“鱼在网中”，CoNiMOF作为“网”为硫颗粒（“鱼”）提供了前所未有的空间限制和丰富的催化位点，且具有长期稳定性、离子筛选、强的多硫化物吸附能力、良好的多步催化转化效率。多种物理化学和理论分析证明了空间限制和双金属催化的协同作用可以显著提升界面电荷转移动力学和硫转化动力学，从而抑制穿梭效应。

图1. 作用机制

总之，该工作采用核壳结构的Co/Ni双金属掺杂金属有机框架(MOF)/硫纳米粒子来解决锂硫电池多硫化物溶解等问题；这种方法通过将硫封装在有序结构中，提供了前所未有的空间限制和丰富的催化位点。这种保护层具有长期稳定性、离子屏蔽、高锂-多硫化物吸附能力和多步催化转换能力。

此外，MOF 的局部电子赋予了正极卓越的电子/锂离子转移能力。通过多种物理化学和理论分析，证明了由此产生的协同作用可显著促进界面电荷转移动力学、促进硫转化动力学并抑制穿梭。组装后的Li-S 电池在0.2C下循环400次后，容量稳定且高度可逆，衰减很小（每次循环 0.075%）；在高硫负荷下循环200次后，软包电池的面积容量为3.8 mAh cm^-2；软包电池的性能也得到了明显改善。

图2. 空间限制和双金属催化的协同作用

Synergizing Spatial Confinement and Dual-Metal Catalysis to Boost Sulfur Kinetics in Lithium-Sulfur Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202304120

3. Advanced Materials:卡拉胶作为5V高压LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极牺牲粘合剂

LiBH₄由于其对锂的热力学稳定性而成为一种很有前途的固态电解质。然而，室温下锂离子电导率低、氧化稳定性差以及严重的枝晶生长阻碍了其应用。

在此，首尔国立大学Jang Wook Choi、韩国能源研究院 (KIER)Sunghun Choi团队将卡拉胶作为锂离子电池 5 V高压 LiNi_0.5Mn_1.5O₄ 正极的牺牲粘合剂。该工作通过掺入牺牲性粘合剂，即 λ-卡拉胶 (CRN)（一种硫酸化多糖），克服了LNMO长期循环性较差的问题。

这种粘合剂不仅通过氢键和离子偶极相互作用均匀地覆盖LNMO表面，而且提供了含有LiSOxF的离子导电正极-电解质界面层。利用这两个特性，CRN基电极的循环性能和倍率性能远远优于传统的聚（偏二氟乙烯）和海藻酸钠粘结剂。

图1. CRN-、ALG-和PVDF-基电极的电化学性能

总之，该工作通过使用硫酸盐多糖粘合剂，即CRN，克服了LNMO正极在高电压下表面降解导致循环稳定性较差的问题。这种粘合剂形成CEI/粘合物，通过高压条件下硫酸盐基的不可逆氧化分解对锂离子具有高导电性。CRN的亲水性使其均匀覆盖LNMO粒子，硫酸盐基的氧化分解导致CEI/粘合剂复杂层包含LiSOxF，促进锂离子传导，解决LNMO正极在高倍率和长循环条件下的问题。

本工作首次在粘合剂设计中演示“电化学牺牲”概念来控制CEI层。基于同样的原理，可以考虑各种官能团来靶向改性锂离子电池正极，解决界面不稳定性带来的不利影响，使这些电极具有优越的电化学性能。

图2. PVDF-、ALG-和CRN基电极的粘合剂覆盖范围和CEI形成的示意图

Carrageenan as A Sacrificial Binder for 5 V LiNi_0.5Mn_1.5O₄ Cathodes in Lithium-Ion Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202303787

4. Advanced Materials:双强化稳定界面的可扩展聚合物电解质助力4.5 V锂金属电池

在具有高容量富镍LiN_xCo_yMn_1-x-yO₂（NCM）层正极的锂金属电池中，稳定电解质-电极界面并阻止锂枝晶生长仍然是一个巨大的挑战。

在此，华南理工大学杜丽教授、刘述梅教授通过丙烯酸六氟丁酯和亚甲基双丙烯酰胺的共聚制备了一种特殊的分子级设计聚合物电解质，从而构建了双重增强的稳定界面。其中氟化和氮化官能团的引入促进了富氟化和氮化固体电解质相（SEI）的形成，从而引导了Li⁺的均匀分布并抑制了锂枝晶的不规则生长。

同时，抗氧化的氟化和氮化基团可促进构建坚固的CEI，从而有效抑制富镍NCM正极材料的界面副反应和结构降解。此外，该工作还采用了一种简便且可扩展的两阶段流变调节紫外引发聚合策略，可用于卷对卷制造氟化和氮化聚合物电解质（F&NPE）。

图1. 电解质的制备示意图

研究表明，该工作所制备的F&NPE在室温下具有1.01 mS cm^-1的高离子电导率。采用F&NPE的锂/锂对称电池在0.5 mA cm^-2下可稳定运行700小时，在0.1 mA cm^-2下可稳定运行1600小时，且不会发生短路。

由于采用了双强化界面，NCM622/F&NPE/Li全电池即使在室温下4.5 V的电压下（500次循环后保持率为85.0%）也能提供出色的循环稳定性。因此，该项工作从分子级设计和工艺性设计的角度，为推动具有高能量密度和高安全性的高压LMB的发展提供了新的启示。

图2. 全电池性能

Enabling Scalable Polymer Electrolyte with Dual-Reinforced Stable Interface for 4.5 V Lithium Metal Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202304951

5. Advanced Materials:通过补锂耦合界面工程实现的长寿命准固态无负极电池

为了促进高性能无负极锂金属电池(AFLMBs)的发展，迫切需要开发有效的补锂材料。

在此，大连理工大学王治宇教授团队报道了一种可实现长循环寿命准固态无负极电池的补锂耦合界面工程策略。Li₂S被用作高效的补锂物质，有效地平衡不可逆的锂损失进而稳定电池化学性质。同时，它在构建稳定的无机-有机杂化固态界面以抑制死锂和锂枝晶引起的电池性能下降方面表现出显著的功效。

图1. LFP@Li₂S正极的表征和补锂途径

总之，该工作通过将Li₂S作为补锂物质和界面促进剂加入到电池体系中，设计了一种长寿命、高能量的准固态无负极电池。具有天然高锂含量的Li₂S提供了额外的锂源，以抵消不可逆的锂损失且不会引入有害产物。Li₂S释放的多硫化物进一步直接形成更薄且坚固的混合SEI，减少锂枝晶和界面副反应造成的不可逆锂损失。Li₂S在补偿Li损失和改善界面性能方面的双重作用导致了高Li可逆性，使准固态无负极电池具有长循环寿命和稳定的容量保持率。

这一策略使准固态无负极电池具有500次循环的长寿命。Ah级准固态软包电池采用高负载LiFePO₄正极和贫凝胶聚合物电解质，表现出300 Wh kg^–1的高比能。与LiFePO₄||石墨电池相比，该电池的重量能量密度提高46%，体积能量密度提高94%。因此，该项研究可为开发具有高能量和耐用无负极电池提供一种可行的方法。

图2. Ah 级准固态无负极软包电池的电化学性能

Long-life Quasi-solid-state Anode-Free Battery Enabled by Li Compensation Coupled Interface Engineering, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202305386

6. Advanced Functional Materials:用于稳定钾储存的 1T”’ MoS₂ 均质插层化学和超低应变

插层负极由于具有良好的层状结构，其循环性能通常优于锂或钠储存的合金负极和转化负极。然而，对于更大的钾调节，这些插层负极通常经历巨大的层膨胀和结构扭曲，导致严重的容量衰退。

在此，中国科学院上海硅酸盐研究所黄富强研究员、黄健研究员以及方裕强等人发现1T”’ MoS₂(从1T MoS₂扭曲而来) 在层中具有角共享Mo₃三角三聚体，表现出比2H MoS₂更短的Mo-Mo距离，这确保了快速电子转移和均匀的K⁺嵌入。此外，1T”’ MoS₂的褶S层提供了不同的活性位点，部分不可分离的K⁺被认为是一个支柱，以削弱界面应变，实现保持层状结构。通过原位表征和DFT计算证明了嵌入的K⁺均匀地分布在层间，并诱导从1T”’ MoS₂到1T’ MoS₂的相变，检测到3.5%的超低层膨胀率（在K⁺脱出后）。

结果显示，1T”’ MoS₂在0.2C时表现出125mAhg^-1的容量，并且1C的条件下500次循环后没有容量衰减。此外，将其用作钾双离子电池 (KDIB)的负极时，1T”’ MoS₂实现了40 mAhg^-1的容量，250个周期后具有98%容量保持率。

图1. 电池性能

总之，该工作通过理论和实验研究揭示了1T”’ MoS₂中自适应的金属Mo-Mo键和褶S层，导致了电子的快速传递和K⁺的均匀嵌入，而且不可逆嵌入的K⁺导致循环过程中的微小的层膨胀和结构应变。电化学性能测试结果表明，0.2C时1T”’ MoS₂的容量为125 mAhg^-1，在1C下循环500次后没有容量衰减。

此外，组装的1T”’ MoS₂//MCMB K-DIB全电池在250次循环后表现出98%的优异容量保留率。这项工作提供一个新型的插层负极和稳定钾离子存储的设计策略。

图2. DFT计算

Homogeneous Intercalation Chemistry and Ultralow Strain of 1T’’’ MoS2 for Stable Potassium Storage, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202306550

7. Advanced Functional Materials：具有选择性Zn²⁺通道和优异的Zn²⁺脱溶动力学的多尺度离子筛分隔膜用于无枝晶和动力学增强的锌金属电池

锌金属电池由于其安全性好，成本低和环境友好等特点，被认为是非常有潜力的储能系统。然而，不可控的锌枝晶生长和严重的腐蚀现象阻碍了其商业应用。

在此，南京大学姚亚刚教授，扬州大学韩杰教授，薛攀等人通过将聚苯胺改性氧化石墨烯(表示为NPGO)/聚偏二氟乙烯溶液直接喷涂在普通玻璃纤维(GF) 隔膜的一侧来制备功能化隔膜。NPGO纳米片上喹诺酮酰亚胺质子化和去质子化状态之间的可逆转变可以促进Zn²⁺的快速去溶剂化和转移。因此，由于朝向Zn负极的NPGO纳米片的离子筛分效应，空间电场以及Zn²⁺通量被有效地均匀化。

图1. NPGO@GFs隔膜的结构表征

总之，NPGO@GFs隔膜能促进Zn均匀沉积，延缓枝晶形成。同时它对锌电极腐蚀、析氢反应和副反应有明显抑制作用。此外，NPGO修饰的超轻和超薄隔膜不影响电池整体的能量密度，显然优于其他策略。

结果显示，当配备NPGO@GFs隔膜，锌对称电池获得了优异的循环稳定性（20 mA cm^-2下>3000次循环）和出色的库仑效率，MnO₂||Zn全电池获得了卓越的循环稳定性（500次循环，容量保持率为91.6%），因此，该工作提出了一种新颖的策略为锌金属电池的应用奠定了基础。

图2. NPGO@GFs隔膜的电池性能

Multiscale Ion-Sieving Separator with Selective Zn²⁺ Channels and Excellent Zn2+ Desolvation Kinetics for Dendrite-Free and Kinetics-Enhanced Zinc Metal Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202305098

8. Advanced Functional Materials:低温钠金属电池用准固态聚醚电解质

由于钠资源丰富，基于钠离子化学的电池技术成为大规模储能系统的理想选择。特别是采用金属钠取代传统的碳负极，它能以低廉的成本最大限度地提高能量密度。然而，由于钠金属电池（SMB）具有高反应性，其本身的稳定性较差，库仑效率低，寿命短。并且在低温条件下，由于无法克服的动力学障碍，这种情况会进一步恶化。

在此，同济大学罗巍教授团队提出了一种基于1,3-二氧戊环的准固态电解质（PDGE），其中选择三(五氟苯基)硼烷 (TPFPB) 作为 DOL 聚合的引发剂。具体来说，TPPFB 中的硼原子攻击DOL，然后 DOL 单体通过开环反应转化为聚合物骨架。此外，由于二甘醇二甲醚（G2）具有较高的最低未占分子轨道（LUMO），因此将其引入作为增塑剂以提高离子电导率。该凝胶电解质由聚 DOL/G2 中的 0.5 M NaPF₆ 组成，其离子电导率在低温 (-20 ℃) 下高达 3.68 mS cm⁻¹，且其Na⁺迁移数高达0.7。 

此外，poly-DOL链浸泡在G2中，形成局部高浓度的Na⁺，这不仅使得Na离子的去溶剂化过程变得更容易，且形成了以无机Na₂O、NaF作为主要固体电解质界面(SEI)成分，PGDE和SMA之间的薄SEI抑制副反应并加速Na⁺界面迁移。

图1. PDGE的原位聚合反应和表征

研究表明，由于无机Na₂O、NaF是固体电解质界面层（SEI）的主要成分，PGDE和钠金属负极之间的薄SEI会抑制副反应，加速Na⁺的界面迁移。因此，Na/Na₃V₂(PO₄)₃(NVP)电池在-20℃（3 C下循环1000次）时的容量保持率接近 99%，甚至优于普通液态电解质。这些结果表明，使用基于多羟基化合物的准固态电解质的 SMB 具有令人印象深刻的低温性能。总体而言，这项研究对在低温条件下开发SMB具有重要意义。

图2. 不同电解质的Na/NVP电池电化学性能

A Quasi-Solid-State Polyether Electrolyte for Low-Temperature Sodium Metal Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202304928