1. Advanced Materials：精确定制锂离子传输通道实现超长循环无枝晶全固态锂金属电池

全固态锂金属电池可以解决电池循环寿命和能量密度不足的关键挑战。长循环无枝晶全固态锂金属电池需要精确定制固态电解质（SSE）的锂离子传输。

在此，加拿大西安大略大学孙学良，Tsun-Kong Sham，James A. Dawson等人报道了一种精确定制卤化物Li₃InCl₆ SSE的锂离子传输，包括粒内（晶粒内）和粒间（晶粒间）锂离子传输。具体而言，锂离子在晶体中的迁移机制是由增强的Li、In和Cl空位和较低的跳跃能垒决定的。晶粒之间的锂离子传输机制是由晶粒之间空隙的消除和导电晶界的形成决定的，进而提高SSE对锂枝晶的抑制能力。

由于增强了锂离子传导和枝晶抑制能力，与富镍LiNi_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂正极和锂金属负极相结合的全固态锂金属电池在0.5 C的高电流密度下实现了超长的循环寿命（2000次循环，93.7%的容量保持率）。

图1. 锂离子传输示意图

总之，该工作在Li₃InCl₆ SSE中精确定制锂离子传输可实现长循环寿命的无枝晶全固态锂金属电池。室温锂离子电导率从 6.95×10^-4 到 4.4×10^-3 s/cm，提高了约一个数量级。晶体中的迁移机制是由增强的Li、In和Cl空位和较低的跳跃能垒决定的。晶粒之间的锂离子传输机制是由晶粒之间空隙的消除和导电晶界的形成决定的，进而提高SSE对锂枝晶的抑制能力。

由于离子电导率的提高、空隙的消除、晶粒间超离子导电晶界的形成以及对锂枝晶抑制能力的提高，该工作展示了一种长循环寿命的全固态金属锂电池设计，其正极为富镍LiNi_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂，负极为金属锂。该电池在0.1 C 条件下循环 300 次容量保持率为 82.2%，0.5 C 条件下循环 2000 次后容量保持率为 93.7%）。因此，该工作成为全固态锂金属电池领域的一个重要突破，为未来电动汽车的发展奠定了基础。

图2. 电池性能

Precise Tailoring of Lithium-Ion Transport for Ultra-long-cycling Dendrite-free All-Solid-State Lithium Metal Batteries，Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202302647

2. Energy & Environmental Science：有机吩嗪负极的定制羟基实现高性能和稳定的碱性电池

碱性水系电池由于其高电压、低成本和高安全性而引起了广泛的研究兴趣。然而，金属负极在碱性电解液中通常稳定性较差，副反应严重。有机物是解决这些问题的潜在替代品，但它们直接作为负极仍存在些许问题。

在此，香港城市大学支春义团队开发了一组有机吩嗪衍生物，包括吩嗪(PZ)、2-羟基吩嗪(PZ-OH)和1,2-二羟基吩嗪(PZ-2OH)作为碱性电池的负极材料。结果表明，引入羟基可使氧化还原电位降低0.4 V，分子内氢键形成的快速离子传输通道可显著改善氧化还原动力学。

优化的PZ-2OH||Ni(OH)₂电池提供208 mAh g^-1的高容量、247 Wh kg^-1的高能量密度、高达9000次的超稳定循环能力和低容量衰减率(每个循环约0.075 ‰)。同时，该工作还展示了碱性PZ-2OH||空气电池，进一步证明了PZ-2OH在碱性条件下的适用性。

图1. PZ、PZ-OH、PZ-2OH分子的电化学动力学差异

总之，该工作合成了3种羟基数目不同的PZ、PZ-OH和PZ-2OH作为ANAB的负极材料，研究了羟基对电化学性能的影响，发现其结构-电化学活性具有很强的相关性。羟基作为电子给体基团引入吩嗪后，放电电位从-0.78 V (PZ)显著降低至-1.07 V (PZ-2OH)。

同时，带有羟基的吩嗪衍生物通过羟基官能团的分子间相互作用提供了快速电荷传输通道，降低了电荷传递阻抗，具有比吩嗪更优越的倍率性能。结果表明，PZ-2OH||Ni(OH)₂电池表现出优异的电化学性能，包括在0.2 A g^-1时的高度可逆容量为178 mAh g^-1，在10 A g^-1时的高功率密度为26.2 KW kg^-1，以及超过9000次循环的稳定可循环性。

此外，PZ-2OH||空气全电池的成功制备进一步证明了PZ-2OH材料在碱性电池中的普遍适用性。因此，该研究为设计吩嗪衍生物负极材料提供了丰富的机会，从而促进了高性能ANAB的探索。

图2. 电池性能

Tailoring hydroxyl groups of organic phenazine anode for high-performance and stable alkaline batteries，Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee01212c

3. Advanced Materials：三元（P，Se，S）共价无机框架作为锂硫电池正极

开发新型正极材料，从源头上避免Li-S 电池的穿梭效应，对于实际应用至关重要，但这仍然是一个巨大的挑战。

在此，同济大学杨金虎，张驰等人通过简单地共熔化 P、S 和 Se 粉末，探索出了一种新型含硫三元共价无机框架 (CIF)–P₄Se₆S₄₀。具有开放式框架的 P₄Se₆S₄₀ CIF 能够在电化学反应中提供所有活性位点，从而提供高容量。Se 原子的引入可以提高 S 链的固有电子导电性且不会降低容量。更重要的是，S-Se 链中的 Se 原子可以作为杂原子的 “屏障”，阻断周围 S 原子的键合，从而有效避免在循环过程中形成长链多硫化物。

此外，锂化后形成的稳定四面体构型 Li₃PS₄ 不仅是促进锂离子扩散的良好离子导体，还进一步抑制了穿梭效应。因此，P4Se₆S₄₀ 正极即使在 10.5 mg cm^-2 的高负载条件下也能提供高容量和出色的容量保持率。

图1. DFT计算

总之，该工作通过简单的方法合成了一类新型三元无机共价框架材料（P₄Se₆S₄₀）。P₄Se₆S₄₀ CIF 具有独特的开放式四面体三维框架，可用于锂离子的嵌入，而且短链S单元可从根本上避免产生LiPS和穿梭效应，因此有望成为高性能Li-S 电池的正极。

此外，锂化后会形成具有四面体构型的稳定 Li₃PS₄ 产物，它不仅是良好的离子导体，还能作为空间屏障进而抑制多硫化物的溶解和扩散，进一步抑制穿梭效应。因此，该项工作为下一代Li-S 电池提供了一类新型的三元 CIF 材料，作为无穿梭效应的正极，它具有长循环寿命和高能量，可应用于实际能源领域。

图2. 电池性能

A Ternary (P, Se, S) Covalent Inorganic Framework as A Shuttle Effect-Free Cathode for Li-S Batteries，Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202308587

4. Advanced Energy Materials：高浓度聚合物电解质构建高可逆硅负极二维固体电解质界面

硅负极具有4200 mAh g⁻¹的高容量和0.3 V（相对于Li⁺/Li）的低电势，使锂离子电池能够提高能量密度。然而，在液体电解质中的Si颗粒上形成的厚3D固体电解质界面（SEI）消耗了电解质/活性Si，并阻断了Li⁺/e⁻的传输，导致容量快速衰减。

在此，中国科学院大连化物所李先锋，张洪章，杨小峰等人设计了一种高浓度聚合物电解质（HCPE）来代替颗粒在Si负极表面构建2D SEI，它适应了体积变化并保持了连续的Li⁺/e⁻传输路径。NO₃⁻的阻滞作用降低了1,3-二氧戊环（DOL）的聚合速率，使LiFSI能够溶解6 M。高浓度的LiFSI参与了溶剂化结构的构建，减少了DOL和聚DOL（PDOL）的分解，并诱导产生具有高机械强度和快速Li⁺传输能力的富含LiF和Li₃N的SEI。

因此，使用HCPE的电池在2C下提供1765 mAh g⁻¹的高容量，并在0.2C下循环100次后保持2000 mAh g^–1的高电容，这优于液体电解质（617 mAh g^‑1）和低浓度聚合物电解质（45 mAh g^‐1）。

图1. DM模拟

总之，该工作通过使用 LiNO₃ 添加剂延迟 DOL 的开环聚合，开发了 HCPE。NO与微量水产生的H⁺表现出强烈的相互作用，抑制了质子酸的生成和DOL的开环聚合，导致LiFSI浓度增加至6 M。

此外，由于HCPE的低流动性，在Si负极表面生成2D SEI而不是Si颗粒。减轻了电解质与Si颗粒之间的副反应，并维持了Si负极中连续的Li⁺/e^–传输，使组装的电池具有改善的电化学性能。

用HCPE组装的电池0.2C下100次循环后仍具有2000 mAh g^-1的高容量，远高于液体电解质（617 mAh g^‑1）和低浓度聚合物电解质（45 mAh g^‐1）。因此，该种简便实用的策略为硅负极在先进锂电池中的应用提供了新的视角。

图2. 电池性能

2D Solid-Electrolyte Interphase Built by High-Concentration Polymer Electrolyte for Highly Reversible Silicon Anodes，Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202303189

5. Advanced Functional Materials：分层Zn/N掺杂碳中空纳米纤维的用于无枝晶锌负极

可充电水系锌电池因其固有的安全性和低成本而被认为是有前途的下一代储能设备。然而，由于锌枝晶不可控的生长以及不可避免的副反应阻碍了其大规模应用。

在此，北京化工大学于乐，李念武，内蒙古大学郭艳等人报告了基于 Zn/N 掺杂碳中空纳米纤维的形成过程，该结构由相互连接的 Zn/N 掺杂碳纳米笼（称为 LRZCF@ZCC）组合而成。其中相互连接的多孔结构减轻了内应力，确保了结构的坚固性。此外，LRZCF@ZCC 通道内部的凹面有利于 Zn²⁺ 成核，从几何角度引导 Zn 沉积。

同时，分布均匀的金属锌和N掺杂的碳物种可作为亲锌位点，降低成核过电位。LRZCF@ZCC 在电池循环过程中表现出较低的极化和较小的电压滞后，使用这种独特结构的对称电池和全电池都显示出稳定的循环性能。

图1. 对电池性能

总之，该工作报告了一种新型三维大孔纤维网作为 ZMAs 的改性材料。碳笼装饰的氮掺杂无定形锌碳多孔纤维可作为亲锌框架，对水分离具有微弱的电催化活性。LRZCF@ZCC 保证了在 3 mA cm^-2 的电流密度下稳定的镀锌/剥离，且稳定循环超过 1200 h。

此外，LRZCF@ZCC-Zn||NVO 全电池在 10 A g^-1 条件下可稳定循环5000 次以上，显示出较长的使用寿命。因此，该项研究为今后设计稳定的 ZMAs提供了思路。

图2. 全电池性能

Formation of Hierarchical Zn/N-doped Carbon Hollow Nanofibers towards Dendrite-Free Zn Metal Anodes，Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202311038

6. ACS Nano：磷酸盐电解质实现高压锂金属电池

开发具有卓越稳定性和内在安全性的先进高压锂金属电池（LMB）对实际应用具有重要意义。然而，传统碳酸盐溶剂的易燃性以及商用电解质对高活性锂负极和高压正极的兼容性较差，严重阻碍了其实用化进程。

在此，武汉科技大学郑洋，霍开富等人设计了一种不易燃且成本低廉的磷酸盐电解液，通过双向调节相间关系实现稳定的高压LMB。得益于 1.5 M LiTFSI/磷酸三乙酯电解液中 LiNO₃ 和 DME 双添加剂的协同调控，在锂负极和富镍正极表面同时构建了薄且致密、坚固的电极/电解质界面相，显著提高了电极和电解液之间的稳定性和兼容性。因此，锂金属电池库仑效率在 400 次循环后保持仍98.6%，锂对称电池稳定循环超过 4,000 小时。

此外，在 4.6 V 的高截止电压下，由薄锂负极和高负载正极组装而成的 Li∥LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂ 电池在 1C 下循环 500 次后仍能保持 98.4% 的容量。

图1. 电化学性能

总之，该工作通过双向调节策略，为本质安全型高压 LMB 合理设计了一种简单、低成本、不易燃且具有良好理化特性的磷酸盐电解质。研究表明，LiNO₃ 和 DME 双添加剂进入溶剂化壳层内部，协同调控溶剂化结构，优先分解并诱导在 Li 负极和 NCM 正极表面形成致密、坚固和高导电性的电极/电解质界面层，进而提高了 Li 沉积/剥离过程的动力学性能，并抑制了 NCM 正极的结构降解。此外，原位生成的富无机界面层还能有效抑制电极与 TEP 溶剂之间的副反应。

因此，本文采用 TDNE 电解质的锂对称电池在 0.5 mA cm^-2 和 0.5 mAh cm^-2 的条件下实现了 167 天的长循环。Li∥NCM622 全电池在循环 500 次后保持了 98.41% 的高容量，CE 高达 99.7%。因此，该项工作为设计先进的电解质以实现本质安全和高能量 LMB 提供了一种有效的策略。

图2. 电池性能

Bidirectional Interphase Modulation of Phosphate Electrolyte Enables Intrinsic Safety and Superior Stability for High-Voltage Lithium–Metal Batteries， ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c09643

7. Advanced Functional Materials：阳离子持久补充激活阴离子释放实现高性能双离子全电池

双离子电池作为锂离子电池最有前途的替代品之一，它在副反应方面面临严峻挑战，尤其是在负极。迄今为止，大多数报告都侧重于减少这些副反应。

在此，南洋理工大学潘军，山东大学杨剑等人以镁为例，提出了一种实现双离子电池稳定循环的新方法。在放电过程中，镁可被氧化成Mg²⁺，从而补充因副反应而损失的阳离子。同时，阴离子从石墨中释放出来，以维持电解质中的电荷平衡。此外，在循环过程中形成的Li₃Mg₇可促进锂的电镀/剥离。

因此，镁||石墨即使在没有预层析的情况下也能表现出很高的库仑效率（≈96.5%）和稳定的循环性能（在 2 C 下循环 1700 次后≈94.6%），远远优于铜||石墨和石墨||石墨。

图1. MD模拟

总之，镁箔的开发是为了通过镁的电化学氧化减轻 Li⁺ 损失造成的阳离子衰竭。新形成的 Mg²⁺ 能显著提高 DIB 中石墨释放阴离子的能力，从而提高可逆容量、循环稳定性和循环寿命。同时，镁会在循环过程中逐渐转化为 Li₃Mg₇，从而促进锂的剥离并提高能量密度。

结果显示，Mg||G 在 2 C 下循环 1700 次后，容量保持率达到 94.6%，远高于无负极锂金属电池、镁金属电池和双离子全电池。Mg||G 软包电池可为一个小型电风扇和 120 多个蓝色 LED 供电，这表明 Mg||G 电池在未来具有广阔的发展前景。更重要的是，这种基于”消耗和补充”的概念已成功应用于 K、Na 和 Ca。

图2. 电池性能

Durable Cation Replenishing to Activate Anion Releasing for Enhanced Electrochemical Performance of Dual-Ion Full Batteries，Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202310449

8. Energy & Environmental Science：富空位Al掺杂MnO2正极平衡高性能水系锌离子电池动力学和稳定性

可充电水系锌离子电池（RAZIBs）由于其环境友好、安全性高、成本低，具有大规模储能的潜力。充电/放电动力学和稳定性之间的平衡一直是大多数正极材料的瓶颈，这阻碍了RAZIB的倍率性能和循环寿命。

在此，北京化工大学孙晓明，新加坡南洋理工大学范红金等人通过设计富空位和Al掺杂的MnO₂纳米片（Alx-MnO₂）电极打破了充电/放电动力学和稳定性之间的平衡，该电极是通过电化学氧化锰基层状双氢氧化物（MnAl-LDHs）合成的。电化学氧化过程中形成的丰富的Al阳离子空位为Zn离子的储存提供了三维扩散通道，剩余的Al原子通过抑制电池循环过程中Mn（III）O6多面体的Jahn–Teller畸变而有利于结构稳定性。

结果显示，通过使用优化的正极（Al0.1-MnO₂），RAZIB的倍率能力和稳定性自发增强。具体而言，该电池表现出大的比容量（0.2 A g⁻¹时为327.9 mAh g⁻¹）、优异的倍率性能（8 A g⁻²时为135.8 mAh g^–1）和高容量保持率（在1 A g⁻¹下1000次循环后为87%），超过了大多数报道的锰基和钒基正极材料。

图1. 电池性能

总之，该工作提出了一种富空位Al掺杂层状MnO₂(Al_0.1-MnO₂)电极作为锌离子电池的高性能正极，同时具有高倍率性能和循环稳定性。结果显示，Al_0.1-MnO₂电极在0.2 A g^-1时表现出327.9mAhg^-1的高比容量和出色的循环稳定性，该电极在1 A g^-1时1000次循环后的容量保持率为87%。

此外，它表现出优越的倍率性能，（8 A g⁻²时为135.8 mAh g^–1）和高容量保持率（在1 A g⁻¹下1000次循环后为87%）。研究表明，优异的电化学性能归因于MnO₂层基面上的Al³⁺阳离子空位，使Zn²⁺离子能够三维扩散，从而改善了离子输运动力学。

电化学氧化过程中形成的氧空位不仅可以提高 Zn²⁺的电子电导率，而且还为锌离子的储存提供了更多的活性位点。因此，该研究为正极材料的设计提供了一条新的途径。

图2. 机理研究

Vacancy-rich Al-doped MnO2 cathode breaks the trade-off between kinetics and stability for high-performance aqueous Zn-ion battery，Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee01659e