两年连获院士荣誉，能源领域首席科学家，发文540余篇，被引3.7万+，这位大牛值得关注！

人物简介

孙学良，加拿大西安大略大学终身教授，纳米能源材料领域加拿大首席科学家，加拿大皇家科学院和加拿大工程院两院院士，国际能源科学院常任副主席。1999年获英国曼彻斯特大学材料化学博士学位，1999-2001年，前往加拿大不列颠哥伦比亚大学从事博士后研究工作，2001-2004年，在加拿大魁北克大学国家科学研究院任助理研究员，2004年以助理教授身份加入加拿大西安大略大学，2008年升为副教授，2012年升为正教授，2016年当选加拿大工程院院士，2017当选加拿大科学院院士。曾获得：Professional Achievement Awards from Cross-cultural Professionals Association of Canada (2016)、Western Engineering Prize for Achievement in Research (2013)、University Faculty Scholar Award (2010)、Early Researcher Award (2006)等奖项。

主要从事应用于清洁能源领域的纳米材料的研究，涉及基础科学、应用纳米技术、新兴工程学等领域，以开发和应用基于纳米材料的新型能源系统和器件为研究核心，包括全固态电池、金属空气电池、燃料电池、锂硫电池以及锂/钠离子电池等。在Nat. Energy, Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Energy Environ. Sci., Adv. Mater., Adv. Energy Mater.等国际著名期刊上已发表论文540余篇，被引次数超过37000次，H指数为100。目前担任Electrochemical Energy Review主编和 Frontier of Energy Storage 副主编。

此外，孙院士还积极参与工业界的合作研究，其合作者包括国联汽车动力电池研究院有限责任公司北美研发中心（GLABAT-Solid State Battery Inc.）、加拿大巴拉德电源系统公司（Ballard Power Systems）、美国通用汽车公司（General Motors）、加拿大庄信万丰电池公司（Johnson Matthey Battery，著名的LiFePO₄生产公司）和加拿大国防部等。

下面，小编汇总了孙院士近期的重要研究成果，共10篇，以供大家学习和参考！

AM：锂离子电池高性能黑磷负极的新见解

黑磷（BP）由于其高电导率和容量而成为锂离子电池（LIBs）中一种很有前景的负极材料。然而，循环过程中BP的巨大体积变化会导致容量快速衰减。此外，BP的电化学机理尚不清楚，阻碍了合理设计和制备高性能BP基负极的发展。

加拿大西安大略大学孙学良院士、Tsun-Kong Sham教授等人报道了一种采用球磨法合成的高性能纳米结构BP-石墨-碳纳米管复合材料（BP/G/CNTs），并通过基于非原位和原位同步辐射的分析技术详细地研究了其电化学机制。

BP/G/CNTs复合材料显示出几个优点：1）碳材料的引入可以提高BP的导电性；2）石墨在循环过程中可适应BP的体积变化，防止材料粉化；3）碳纳米管不仅稳定了复合材料的结构，而且为电子和锂离子提供了通路。因此，BP/G/CNTs 负极在0.15 A g^-1下可提供1375 mAh g^-1的高初始容量，并在450次循环后保持1031.7 mAh g^-1。在2 A g^-1下循环3000次后，容量为508.1 mAh g^-1，证明了其出色的高倍率性能。此外，这项工作首次通过非原位X射线衍射(XRD)、X射线吸收光谱(XAS)、X射线发射光谱、原位XRD、XAS等方式提供直接证据，展示了BP负极三步锂化和脱锂的电化学机理，并揭示了Li₃P₇、LiP和Li₃P的形成。此外，研究还表明了电极的开路弛豫效应。

New Insights into the High-Performance Black Phosphorus Anode for Lithium-Ion Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202101259

AEM：双卤素固态电解质实现先进的高压全固态锂离子电池

具有高氧化稳定性的固态电解质（SEs）对于实现在高电压下运行的全固态锂离子电池（ASSLIB）至关重要。到目前为止，基于卤化物的SEs因其与正极的兼容性和高离子电导率而成为最有前景的候选者之一。然而，开发的氯化物和溴化物SEs仍然表现出有限的电化学稳定性，不足以用于超高压运行。

加拿大西安大略大学孙学良院士、Tsun-Kong Sham教授、美国马里兰大学莫一非教授等人通过设计双卤素锂离子导体Li₃InCl_4.8F_1.2来解决这一挑战。

在这里，F被证明可以选择性地占据固态超离子导体(Li₃InCl₆)中的特定晶格位点，以形成新的双卤素固态电解质(DHSE)。随着F的加入，Li₃InCl_4.8F_1.2 DHSE变得致密，并具有10^-4 S cm^-1的室温离子电导率。此外，Li₃InCl_4.8F_1.2 DHSE表现出超过6 V（相对于Li/Li⁺）的实用氧化稳定性，这可以实现具有良好循环的高电压ASSLIB。结合光谱、计算和电化学表征，确定了原位生成的富含F的钝化正极-电解质界面(CEI)，从而扩大了Li₃InCl_4.8F_1.2 DHSE的电化学窗口，并防止在正极发生有害的界面反应。这项工作为具有高氧化稳定性的快速锂离子导体提供了一种新的设计策略，并在高压ASSLIBs中显示出巨大的潜力。

Advanced High-Voltage All-Solid-State Li-Ion Batteries Enabled by a Dual-Halogen Solid Electrolyte. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202100836

AEM：通过局部高浓碳酸酯电解液实现锂硫电池的固相反应

锂硫（Li-S）电池因其高理论能量密度、低成本而备受关注。然而，由于醚基电解液中的穿梭效应导致其循环性能差，这对其实际应用仍然是一个巨大的挑战。

加拿大西安大略大学孙学良院士、哈尔滨工业大学左朋建教授等人将广泛使用的碳酸酯溶剂碳酸二乙酯/氟代碳酸亚乙酯和惰性稀释剂 1,1,2,2-四氟乙基 2,2,3,3-四氟丙基醚相结合，制备了一种新型电解液，用于基于介孔碳/硫(KB/S)材料的Li-S电池。

与传统的溶解-沉淀机制不同，硫正极在该电解液中表现出固相反应路线，这是通过多硫化锂（LiPSs）与碳酸酯溶剂之间的亲核反应在正极上原位形成致密的正极-电解质界面（CEI）膜来实现的。形成的CEI膜可以有效阻断碳酸酯溶剂的渗透，并能完全抑制LiPSs的产生，从而消除穿梭效应。因此，KB/S电极在2 C下表现出稳定的循环性能，循环600次后保持570 mAh g^-1的放电容量，对应于每个循环的平均容量衰减0.057%。更重要的是，该策略为未来基于固相锂硫电池的发展提供了一条新途径。

Realizing Solid-Phase Reaction in Li–S Batteries via Localized High-Concentration Carbonate Electrolyte. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101004

AFM：钪掺杂富钠NASICON固态电解质高离子电导率的成因

采用固态电解质（SSE）代替液态电解液已成为可充电池的一个非常紧迫且具有挑战性的研究领域。NASICON (Na₃Zr₂Si₂PO₁₂) 是钠离子电池最有潜力的SSE之一，因为它具有高离子电导率和低热膨胀系数。已经证明通过Sc掺杂可以将NASICON的离子电导率提高到10^-3 S cm^-1，但其机制尚未完全清楚。

加拿大西安大略大学孙学良院士、Tsun-Kong Sham教授、苏州大学孙旭辉教授、厦门大学杨勇教授等人制备了一系列Na_3+xSc_xZr_2-xSi₂PO₁₂ (0 ≤ x ≤ 0.5) SSE，并探索了其离子传输机制。

为深入了解离子传输机制，采用同步辐射X射线吸收光谱（XAS）对其电子结构进行了表征，并用固态核磁共振（SS-NMR）对其动力学进行了分析。在这项研究中，Sc成功地掺杂到 Na₃Zr₂Si₂PO₁₂中以替代 Zr 原子。钠离子在特定位置的再分配被证明是钠离子运动的关键。对于x≤ 0.3时，钠离子运动的促进是由于钠离子浓度在Na2位增加，而在Na1和Na3位减少。当x>0.3时，钠离子运动受到抑制的原因是由单斜相向菱形相转变，杂质含量增加。

Origin of High Ionic Conductivity of Sc-Doped Sodium-Rich NASICON Solid-State Electrolytes. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202102129

EES：梯度无机-有机涂层调节锂沉积/剥离实现稳定的锂金属负极

锂金属负极（LMA）的一个固有挑战是形成的不稳定固体电解质界面（SEI），这会导致不可控的锂沉积/剥离，并降低循环稳定性。制备坚固的人工SEI 来稳定锂是理想的，但高精度地控制保护膜的组成仍然非常具有挑战性。

加拿大西安大略大学孙学良院士、Tsun-Kong Sham教授、通用汽车研发中心Mei Cai博士等人报道了通过分子层沉积(MLD)实现的机械增强的混合无机-有机聚脲的功能性“梯度涂层”，用于高度稳定的LMA。

涂层表面的电绝缘聚合物由于其良好的柔性可以限制锂的电沉积并承受体积变化，而内部的无机亲锂位点可以有效地促进和调节锂的均匀成核和沉积。由于这种精心设计的界面设计，受保护的锂可以在6 mA cm^-2的高电流密度下显著延长循环寿命。此外，作为在锂金属电池(LMB)中应用的概念证明，Li-O₂电池实现了超过1500小时的稳定循环。这项工作展示了一种用于LMA的创新纳米级保护膜设计，并为实现高性能的下一代电池创造了新的机会。

Regulated lithium plating and stripping by a nano-scale gradient inorganic–organic coating for stable lithium metal anodes. Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/d1ee01140e

AFM：原子层共价有机骨架用于高性能锂存储

共价有机骨架（COFs）作为锂离子电池中的电极材料，由于其优异的结晶性、易于化学改性和可调节的多孔分布而备受关注。然而，它们的实际应用仍然受到 Li⁺活性位点不足和块体材料中长离子扩散的阻碍。

加拿大西安大略大学孙学良院士、云南大学郭洪教授等人结合大分子的高稳定骨架结构、原子层厚度特征和多活性位点的优点，设计了一种新型的原子层COF正极（表示为E-TP-COF），其具有-C=O和C=N基团双活性中心。

原子层厚的结构改善了Li⁺的捕获和扩散。C=N和C=O基团的两个活性位点都能产生更多的容量。大分子结构避免了在电解液中的溶解性挑战。因此，采用E-TP-COF组装的锂离子电池具有110 mAh g^-1的高初始容量，循环500次后容量保持率为87.3%。此外，还通过原位技术和密度泛函理论计算详细证实了Li⁺扩散机制。这一新策略将为COFs在电化学储能和转化中的应用开辟新的途径。

Dual-Active-Center of Polyimide and Triazine Modified Atomic-Layer Covalent Organic Frameworks for High-Performance Li Storage. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202101019

AEM：解读硫化物基全固态电池的界面化学和电化学反应

界面反应导致的大界面电阻被广泛认为是基于硫化物电解质（SEs）的全固态锂电池（ASSLBs）的主要挑战之一。然而，SEs和典型的层状氧化物正极之间的大界面电阻的根本原因尚不完全清楚。

加拿大西安大略大学孙学良院士、多伦多大学Chandra Veer Singh、美国布鲁克海文国家实验室Dong Su等人研究表明，单晶LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2（SC-NMC532）的界面氧损失会化学氧化Li10GeP2S12，生成含氧的界面物种。同时，界面氧损失也引起氧化物正极（层状到岩盐）的结构变化。此外，高工作电压可以电化学氧化硫化物电解质（SEs）以形成非氧物种（例如多硫化物）。这些化学和电化学氧化的物种，加上界面结构的变化，是造成正极界面电阻较大的原因。更重要的是，广泛采用的界面涂层策略可有效抑制化学氧化的含氧物质并减轻界面结构的同时变化，但不能防止电化学诱导的非氧物质。这些发现对典型的SE与层状氧化物正极之间的大界面电阻提供了更深入的认识，这可能有助于将来SE基全固态锂电池的合理界面设计。

Deciphering Interfacial Chemical and Electrochemical Reactions of Sulfide-Based All-Solid-State Batteries. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202100210

EES：采用硫化物电解质的全固态锂电池：从基础研究到实际工程设计

全固态锂电池（ASSLBs）以其固有的安全性和比传统锂离子电池（LIBs）更高的能量密度而备受关注。然而，SEs的空气稳定性差、有害的界面反应、固-固离子接触不足以及基础研究与实际工程之间的巨大差距，阻碍了SEs基ASSLBs的商业化。

加拿大西安大略大学孙学良院士等人旨在结合基础和工程的观点，合理设计实用的基于SE的高能量密度ASSLBs，包括SE、界面和实用的全固态软包电池。

首先，综述了典型的赝二元、赝三元和赝四元SEs的最新研究进展，重点介绍了提高离子电导率、化学稳定性和电化学稳定性的有效策略。还分别讨论了正极和负极界面的挑战和策略。此外，还研究了先进的原位表征技术，以更好地理解ASSLBs的界面。举例说明了SE基全固态锂离子电池和全固态锂硫电池的令人鼓舞的示范。最重要的是，以能量密度为导向的全固态软包电池是使用实际工程参数设计的。该设计可作为预测未来SE基全固态软包电池实际能量密度的定量框架。最后，提出了基于SE的ASSLBs的未来发展方向和展望。

All-solid-state lithium batteries enabled by sulfide electrolytes: from fundamental research to practical engineering design. Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/d1ee00551k

AFM：分子层沉积人工锌酮涂层以稳定硅负极

硅负极与电解质之间的稳定界面是实现锂离子电池可逆电化学循环的关键。

加拿大西安大略大学孙学良、哈尔滨工业大学尹鸽平等人利用分子层沉积在硅电极上可控地沉积锌酮聚合物涂层以用作人工固体电解质界面（SEI）。

电化学循环的增强取决于锌酮涂层的厚度。最佳的≈3 nm锌酮涂层显著提高了硅负极的储锂性能，从而产生了高可逆容量（200 mA g⁻¹下100次循环后为1741 mA h g⁻¹）、优异的循环稳定性（500次循环后为1011 mAh g⁻¹）和出色的倍率性能（2 A g⁻¹下为1580 mAh g⁻¹）。这种显著的电化学可逆性源于锌酮涂层和锌酮驱动的富含氟化锂（LiF）的SEI的原位转化，这赋予硅电极优越的电子/离子传输和结构稳定性。同时，锌酮涂层与醚类电解质具有良好的相容性（200次循环后为893 mAh g⁻¹，5 A g⁻¹时为970 mAh g⁻¹）。此外，人工锌酮涂层的原位转化也为在其他电极表面（如锂/钠金属）构建功能界面打开了一扇门。

Stable Silicon Anodes by Molecular Layer Deposited Artificial Zincone Coatings. Adv. Funct. Mater. 2021. DOI: 10.1002/adfm.202010526

Nano Energy：塑料晶体包裹的PEO基聚合物电解质助力室温高压锂金属电池

为满足高能量密度电池的需求，锂金属与高压正极的耦合已经得到了广泛的研究。然而，只有少数电解液能同时与锂负极和高压Li_0.5Mn_0.3Co_0.2O₂相容。纯聚（环氧乙烷）电解质对锂金属表现出高稳定性，但氧化稳定性有限（通常 < 3.8 V）。含-C≡N的腈基电解质对高压电极具有良好的电化学稳定性。

加拿大西安大略大学孙学良院士、东北师范大学谢海明教授、刘玉龙副教授等人提出了一种新的概念，即塑料晶体包裹的聚合物（PIPCE）电解质，具体是将PEO与丁二腈基塑料晶体（LiTFSI-SN0.05-xwt.%FEC，x=0,10,20%）混合，以制备PEO基电解质。

研究显示，(LiTFSI-SN0.05-10%wt.FEC)-15%wt.PEO的PIPCE电解质对Li/Li+的电化学氧化电位高达4.97 V，几乎比纯PEO高1.5 V。室温（30℃）下，Li-Li对称电池在1 mA cm-2和1 mAh cm-2时实现了700 h的稳定锂金属沉积/剥离。以NMC532为正极的全电池可以在4.4 V的高截止电压下稳定循环120次。这种优异的性能可以追溯到聚合物与盐的分子间相互作用，从而形成稳定的正负极/电解质界面。

PEO based Polymer in Plastic Crystal Electrolytes for Room Temperature High-Voltage Lithium Metal Batteries. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106205

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两年连获院士荣誉，能源领域首席科学家，发文540余篇，被引3.7万+，这位大牛值得关注！

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