1. Advanced Energy Materials：高电压金属锂电池的准局部高浓度电解质

由于与金属锂的相容性和电解质的氧化稳定性差，使得商业酯基电解质不能用于高压金属锂电池。

在此，清华大学张强教授、四川大学张云教授团队提出了一种准局部高浓度电解质（q-LHCE），即用具有弱溶解能力的氟化类似物（碳酸氟乙烯酯（FEC）、2,2,2-三氟乙基甲基碳酸酯（FEMC））部分取代传统LiPF₆基碳酸酯类电解质中的溶剂。q-LHCE能够形成一个富含阴离子的溶剂化鞘，其功能类似于LHCE，但不同之处在于弱溶解性助溶剂在溶剂化结构中的部分参与。

图1. 物理化学特性

具体而言，该工作提出了一类q-LHCE用于高压LMB。在基于LiPF₆ 的EC-DMC-EMC电解质中，弱溶解性溶剂（FEC，FEMC）的置换使得更多的阴离子参与到溶剂化鞘中，在锂金属负极和LCO表面形成坚固的SEI和CEI层。丰富的无机界面层不仅有效地抑制了有害锂枝晶的生长，而且缓解了LCO正极在高压运行下的不可逆相变和过渡金属的溶解。因此，在酯类电解质中，基于q-LHCE的电池能够实现98.8%的平均锂镀层/剥离CE。

此外，基于高负载的LCO（≈3.5 mAh cm⁻²）的高压LMB即使在低N/P比（2.5）、宽温度范围内（45、25和-20 °C）仍表现出优异的循环稳定性。此外，该q-LHCE使得石墨|LCO小软包电池能够以83.5%的容量保持率运行500次以上，甚至在5.0V的超高截止电压下，Li||LiNi_0.5Mn_1.5O₄ 电池仍具有较长循环寿命。总之，该种电解质设计策略为实用高能二次电池系统的突破带来了巨大的希望。

图2. 不同电解质的高压电化学性能

Quasi-Localized High-Concentration Electrolytes for High-Voltage Lithium Metal Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202301396

2. Advanced Energy Materials：打破连续氢键网络实现高倍率的水合有机锌电池

锌电池在能源储存方面极具潜力，但在水系电解质中存在严重的枝晶生长、腐蚀和析氢问题。尽管不易燃的含水有机电解质在解决这些问题方面具有显著功效，但离子传导性不足严重阻碍了含水有机锌电池的倍率性能。

在此，天津大学杨全红教授、翁哲教授、韩大量副研究员团队将甲醇作为乙二醇（EG）基水合有机电解质的辅助溶剂，其甲基端基可以打断EG之间连续的分子间氢键网络。该电解液不仅可以促进ZnF₂ 固体电解质界面层的原位形成，以减轻Zn枝晶的生长和副反应，而且还具有低成本和不易燃的特点。

图1. Zn²⁺ Zn(BF₄)₂ /EG-MeOH 电解液的传输能力评估

总之，该工作提出了一种共溶剂策略实现高倍率的水合有机锌电池。研究发现，通过对共溶剂分子不同末端基团的取代和终止，打断了主溶剂分子之间连续的 “手拉手”网络，使电解质的粘度大大降低，离子导电性增强。在加入MeOH助溶剂后，优化的电解质提供了双倍的离子电导率（23.7 mS cm⁻¹）和出色的低温耐受性，同时具有低成本、不可燃性以及与两种电极的良好兼容性等优点。使用该电解质，Zn负极在0.5 mA cm^‒2 和2 mA cm^‒2 的情况下保持了超过4000 h的长循环稳定性，在5 mAh cm^‒2 的高容量下保持了99.5%的高库伦效率（CE）。

此外，通过调整溶剂分子之间的分子界面互作用，该电解液显示出良好的低温耐受性，在低至-60℃的温度下实现了99% CE。即使在极端条件下，包括针刺、包装破损、暴露在火中和暴露在空气中超过150天，组装好的小软包电池仍然能够工作，这表明该电解液具有较好的安全性和实用性。因此，该工作提供了一个简单而有效的电解质工程方法可实现高速的锌电池。

图2. Zn||V2O5电池使用不同电解质的性能

Breaking Consecutive Hydrogen-Bond Network Toward High-Rate Hydrous Organic Zinc Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202301466

3. Energy Storage Materials：设计稳定正极-电解质界面实现耐用、安全的锂离子电池

LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ (NCM)和LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂ (NCA)等富镍层状锂过渡金属氧化物是下一代长续航里程电动汽车用锂离子电池中最有前途的候选材料之一。然而，在实际应用中，长期循环中存在的容量衰减和较差的安全性能等问题仍亟待解决。普遍认为构建稳定的正极-电解质界面(CEI)是提升材料循环稳定性和安全性的有效策略。然而，CEI往往会遭受电解液中碳酸酯电化学氧化分解所产生的自由基(如·CH₃、·OCH₃和·OCH=CH₂等)和循环中从材料晶格表面逸出的活性氧族物质的持续攻击，从而表现得极不稳定。

CEI的这种不稳定性会导致材料结构退化和阻抗增加等一系列灾难性后果，从而使材料的电化学性能和安全性能急剧下降。因此，迫切需要合理的表界面设计，构建稳定、坚固而均匀的CEI结构以解决循环稳定性和安全性的挑战。

在此，华中科技大学黄云辉教授、韩建涛教授和方淳副教授等人将受阻胺类光稳定剂应用于表界面设计，在三元NCM811表面构建了一层保护性的抗氧化层以提升NCM的循环稳定性和安全性。得益于受阻胺类物质对自由基和单线氧的清除作用，因此NCM811表面形成一层稳定的超薄、均匀且致密的CEI，同时抑制了材料在循环中的表面和体相的结构退化。

因此，改进后的NCM展现出优异的性能，在全电池中循环1000圈后，容量保持率高达92%，此外，自生热起始温度T1也从75.2 ℃显著提升到了114.2 ℃。

图1. NCM-AA1的电化学性能

总之，该工作在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM）颗粒的表面构建了抗氧化层。研究表明，抗氧化层通过清除自由基和单线态氧来稳定材料的本体和表面结构，导致更少的界面副反应、更少的活性氧释放和抑制不可逆的岩盐相变。因此，改性的NCM具有卓越的电化学性能，即使在全电池中循环1000次后，仍能保持92.0%的容量。

此外，由于稳定表面的构建和活性氧物种的消除，还可以实现更少的气体释放和更好的热性能。因此，该工作在表面构建化学阻挡层的新策略不仅有效地提高了界面的结构稳定性，而且为氧气引起的热失控提供了可能的解决方案。

图2. NCM-AA1正极的本体结构稳定性

Antioxidant layer enables chemically stable cathode-electrolyte interface towards durable and safe Li-ion batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102872

4. Advanced Materials：全平台、高容量钠电负极——拓扑石墨化碳

人们普遍认为，负极的低放电平台对于实现高输出电压非常重要。然而，典型的硬碳有近 30% 的容量由高压斜坡区域提供进而限制了能量密度，成为实际应用中的一大挑战。因此，实现高容量的全平台碳负极是开发下一代钠离子电池（SIB）的关键因素。

在此，上海大学李丽教授、温州大学侴术雷教授、吴星樵等团队报道了利用生物质玉米芯通过两步快速热退火策略制备得到高度交联的拓扑石墨化碳。由长程石墨烯纳米带和空腔/隧道构成的拓扑石墨化碳提供了钠离子的多向插入，同时消除了在高压区域吸收钠离子的缺陷。该工作还通过原位 XRD、原位拉曼和原位/异位 TEM 等先进的表征技术表明，钠离子在弯曲拓扑石墨层之间和相邻石墨带缠结的拓扑空腔中出现 Na 簇形成。

图1. 不同结构碳的电化学性能

总之，本工作制定了一种使用生物质材料作为前体合成具有高石墨化度的拓扑硬碳的策略。将这种拓扑硬碳用于钠离子电池，实现高容量全平台特性，平台容量达到290 mAh g^-1，占总量的97%。这些具有丰富的石墨纳米带交织拓扑的 TPGC 通过 HRTEM 技术进行了可视化。此外，各种先进的原位表征表明，这种独特的全平台和低电势的钠存储特性是由弯曲拓扑石墨层和相邻石墨带缠结之间的拓扑空腔的Na簇形成引起的。

因此，这种独特的拓扑结构将为先进高性能硬碳的设计提供新的思路。此外，由生物质材料制备的具有全平台和低电位特性的拓扑硬碳是各种SIB负极材料中的有力竞争者，并将更充分地研究其在电网规模储能系统中的实际应用。

图2. 原位测试

Achieving All Plateau and High Capacity Sodium Insertion in Topological Graphitized Carbon, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202302613

5. Advanced Energy Materials：可控蚀刻Ti₃SiC₂生产用于超稳定锌离子电池的富氟疏水二维碳化钛

MXene主要通过在含F水溶液中选择性蚀刻MAX相来生产，由于其丰富的-O和-OH末端，通常表现出高度亲水特性。然而，MXene的亲水性可能会降低其在潮湿和水环境中使用时的耐用性和稳定性。

在此，北京航空航天大学杨树斌教授&杜志国副教授团队展示了一种新的蚀刻方法，通过在六氟化硫(SF₆)气体中选择性蚀刻Ti₃SiC₂中的Si来生产富氟MXene Ti₃C₂F_x。在蚀刻过程中，SF₆能够选择性去除Si物质，形成挥发性SiF4并与Ti₃C₂板的暴露表面有效反应，得到Ti₃C₂F_x MXene，其-F末端分数高达87 at.%，并且具有良好的疏水性。

图1. Ti₃SiC₂、Ti₃C₂T_x、Ti₃C₂F_x的结构表征

总之，该工作展示了一种SF₆气体蚀刻方法，可在高温下从Ti₃SiC₂中可控地去除Si，合成富氟MXene Ti₃C₂F_x。在蚀刻过程中，SF₆气体可以选择性地蚀刻Si物质，形成挥发性SiF₄。随后的表面功能化后，得到了富氟Ti₃C₂F_x MXene，其-F端基含量高达87 at.%，具有高度疏水性。所得Ti₃C₂F_x MXene可以有效抑制水引起的副反应并降低Zn成核能垒，在对称电池中提供1200小时的长循环寿命和高达6.4 mA cm^-2的优异倍率性能。

与NiHCF正极相结合，使用Ti₃C₂F_x/Zn负极的全电池表现出稳定且长的循环寿命。因此，基于新兴MAX相系列的可控蚀刻方法将进一步扩展，以生产各种具有定制表面官能团的MXene，有望在电子、储能和电催化领域得到应用。

图2. 电化学性能

Controllable Etching of Ti3SiC2 to Produce Fluorine-Enriched, Hydrophobic 2D Titanium Carbide for Ultrastable Zinc Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202300890

6. Small：用于钠离子电池的铁基普鲁士蓝类似物的同构合成

可充电钠离子电池(SIBs)在大规模储能系统中具有广阔的应用前景。铁基普鲁士蓝类似物(PBAs)由于其刚性的开放框架、低成本和简单的合成被认为是极具潜力的正极。然而，如何提高PBAs结构中的钠含量，从而抑制结构中缺陷的产生仍然是一个挑战。

在此，上海大学乔芸教授联合温州大学侴术雷教授等人合成了一系列PBAs样品，并见证了条件改变后PBAs从立方晶向单斜晶结构演化过程。同时，PBAs结构中钠含量增加进而结晶度增加。

实验证明制备的六氰亚铁钠(Na_1.75Fe[Fe(CN)₆]_0.9743·2.76H₂O)在0.1C时具有150 mAh g⁻¹的高容量(17 mA g⁻¹)，在50C时具有74 mAh g⁻¹的优异倍率性能(8500 mA g⁻¹)。并通过原位拉曼和粉末X射线衍射(PXRD)验证了PBAs正极的高可逆。

图1. PBAs结构表征

总之，该工作通过不断优化合成条件制备了一系列具有立方或单斜结构的PBAs样品，并仔细研究了合成条件、晶体结构和电化学性能之间的关系。研究发现，通过系统地改进合成条件可以精确地将PBAs的晶体结构从立方结构调整为单斜结构。最终，制备的六氰亚铁酸钠在半电池中表现出极高的初始充电能力和优异的倍率性能。

值得注意的是，这种PBAs正极由于钠浓度高，可以直接与硬碳(HC)负极结合形成完整的电池，表现出优异的电化学性能。PXRD和拉曼光谱进一步详细揭示了PBAs正极的高可逆性，展示了其在SIBs中的实际应用潜力。

图2. 基于六氰亚铁钠正极的全电池电化学性能

Isostructural Synthesis of Iron-Based Prussian Blue Analogs for Sodium-Ion Batteries, Small 2023 DOI: 10.1002/smll.202302687

7. Nano Letters：具有选择性 Zn²⁺/H⁺结合的AgxZny保护涂层可实现可逆锌负极

锌(Zn)金属负极在经典的水系电解质中会发生枝晶生长和析氢反应(HER)，这严重限制了其使用寿命。

在此，厦门大学梁汉锋副教授&阿卜杜拉国王科技大学朱运培团队等人合理设计AgxZny保护涂层，选择性结合Zn²⁺而不是H⁺，以同时调节Zn生长模式和HER动力学。具体而言，通过调整AgxZny涂层的成分，可以将Zn沉积行为从传统的电镀/剥离(在Zn-AgZn₃镀层上)调整到合金化/脱合金化(在Ag-AgZn镀层上)，从而精确控制Zn的生长模式。此外，Ag和Zn的协同作用进一步抑制了竞争性HER。

图1. 基于AgxZny保护涂层的电化学性能

总之，本文提出通过合理利用合金化/脱合金反应设计AgxZny保护涂层增强锌负极的可逆性。具体来说，该工作使用具有可控微观结构和成分的磁控溅射银基涂层对锌负极进行了改性。研究发现Ag-AgZn涂层可以通过循环过程中的可逆合金化/脱合金过程有效抑制Zn枝晶生长和HER。因此，Ag-AgZn@Zn对称电池在1 mA/mAh cm^-2下具有超过2100小时的长循环寿命。

此外，使用MnO₂和MVO正极的全电池表现较高的稳定性。因此，本文的合金化策略可以同时调节副反应和镀锌/剥离的动力学，为实现高性能和可持续的水系锌电池以及多价金属离子电池提供了新策略。

图2. Zn-AgZn₃@Zn的作用机制

AgxZny Protective Coatings with Selective Zn2+/H+ Binding Enable Reversible Zn Anodes, Nano Letters 2023 DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c01706

8. Angewandte Chemie International Edition：在-40℃下工作的可充电钾离子全电池

钾离子电池（PIB）在低温储能方面很有前景。然而，目前对低温PIB的研究仅限于利用钾金属作为负极的半电池，并且由于缺乏可行的负极材料和兼容的电解质，实现可充电全电池面临挑战。

在此，北京航空航天大学王华教授团队通过使用硬碳(HC)负极与匹配的电解质以及兼容的正极，成功地制造了第一个低温钾离子电池。HC中钾的存储依赖于缺陷吸附、层间共插和纳米孔填充，使完整的电池在−40℃时具有优异的电化学性能。值得注意的是，整个储钾过程的电阻值和反应活化能都很低，表明温度对HC电极电化学性能的影响最小。

图1. HC电极K存储机理示意图

总之，该工作利用HC负极与匹配的电解质以及兼容的正极，首次成功制备了低温可充电的钾离子全电池。这归功于HC独特的储钾机制，即在高电位斜坡区通过缺陷吸附，然后在低电位平台区通过层间共插和纳米孔填充。实验表征和理论计算表明扩散系数的提高和K+溶剂化的共插层现象促进了反应的动力学。同时，匹配的电解质表现出较低的液相温度、较低的粘度和较高的离子电导率。这些优点有助于降低温度对HC电极电化学性能的影响。

因此，HC在0.2C、- 40℃的条件下可提供175 mAh g^-1高容量 (室温容量的68%)。当与不同的正极(FeHCN或PTCDA)配对时电池在−40°C下依旧可实现良好的再充电性能。特别是PTCDA//HC全电池在−40℃下提供了89 mAh g^-1的可观容量。该工作代表PIBs的发展取得了重大进步。

图2. 基于HC负极的全电池在−40℃下的电化学性能

Rechargeable Potassium-Ion Full Cells Operating at −40 °C, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202307122