1. Journal of the American Chemical Society：通过析氢催化剂重建实现锂离子电池金属的完全回收

电动汽车的大规模采用和有限金属资源的枯竭使得回收锂离子电池（LIB）势在必行。然而，目前的火法冶金和湿法冶金回收路线主要针对LiCoO₂开发，能源投入大，加工过程繁琐；因此，迫切需要替代的多功能和绿色方法。

在此，吉林大学于吉红，天津工业大学梅东海，苏州大学张伟等人报告了一种通用的策略，通过催化剂重建回收LIBs。具体而言，层状、尖晶石和多阴离子氧化物正极材料作为催化剂，在质子或氢氧化物离子的辅助下，在结构上转化为氢氧化物，有助于完全提取金属(例如，Li、Co、Ni、Mn、Fe)，高浸出率接近100%。

因此利用析氢反应（HER）作为概念证明，该工作探索了一种通过催化剂重构从锂离子电池中完全回收金属的新策略。

图1. 制备流程

总之，该工作采用LIBs的正极催化反应，近100%的金属（例如Li、Fe、Co、Ni和Mn）随着催化剂重构为氢氧化物而被提取。研究表明，催化剂重构回收是由质子或氢氧根离子辅助的。这种绿色氢耦合回收方法通常适用于所有主要类型的正极，包括聚阴离子、层状和尖晶石氧化物，例如LiCoO₂、LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂、LiNi_0.33Mn_0.33Co_0.33O₂、LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂、LiMn₂O₄和LiFePO₄，并可扩展到实际用过的软包电池。

因此，该种回收策略可以利用报废LIBs的剩余电能，并与绿色氢气生产相结合。为开发金属浸出和回收的绿色替代品提供了方法和概念上的突破。

图2. 软包电池LNMC532的回收

Complete Metal Recycling from Lithium-Ion Batteries Enabled by Hydrogen Evolution Catalyst Reconstruction, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c10188

2. Energy Storage Materials：“拖曳效应”诱导的快速去溶剂化动力学和-50℃可工作的高安全锂电池

碳酸丙烯酯（PC）因其高离子传导性和低（-49 ℃）熔点被认为是碳酸乙烯酯（EC）的最合适替代品，但它与石墨负极的电化学相容性较差。虽然设计阴离子诱导的离子溶剂配位（AI-ISC）结构可以有效抑制负极上 PC 的分解，但 Li⁺-PC 的强相互作用导致 Li⁺去溶剂化过程缓慢，低温性能也不理想。

在此，武汉大学陈重学团队发现并揭示了Li⁺溶剂与阴离子溶剂之间的 “拖曳效应 “机制，并设计了一种自适应双层溶剂化结构，其中主溶剂化鞘外的游离溶剂可有效削弱 Li⁺-PC 与 Li⁺– PF₆^–之间的相互作用。

合理设计的 LiPF₆-PC/TFEP/EMC 电解液具有快速去溶剂化动力学和低温适应性，因此赋予了 4Ah Gr||LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂和 1Ah Gr||LiFePO₄软包电池在-50℃优异的性能、长循环寿命和更高的安全性。

图1. 使用PTE312电解液的4Ah Gr||NMC811和1Ah Gr||LFP软包电池电化学性能

总之，该工作通过调节 EMC 和 TFEP 的 “拖曳效应”，建立了一种自适应的双层溶剂化结构，使 LiPF₆-PC/TFEP/EMC 电解液具有较低的Li⁺去溶剂化剂化能垒和不燃烧特性。得益于电解质的快速去溶剂化动力学和低温适应性，石墨-锂半电池可在零下40℃充电，容量损失几乎可以忽略不计。

更重要的是，该电解液赋予了 Gr||NMC811 和 Gr||LFP 软包电池低温耐受性（-40℃和-50℃下的容量保持率分别为∼79% 和 ∼62.5%）、优异的循环稳定性（40次循环后的容量保持率为94.1%，1500 次循环后的容量保持率为88.5%）和高安全性（通过了挤压、过充电、加热和钉穿试验）。

因此，通过调节 “拖曳效应 “诱导的自适应双层溶剂化结构，将为开发具有成本效益、阻燃和低温适应性的全气候、更安全的锂离子电池电解液开辟一条途径。

图2. 极端条件测试

“Dragging effect” induced fast desolvation kinetics and −50 ℃ workable high-safe lithium batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103098

3. Advanced Energy Materials：超快非平衡相变诱导尖晶石锰酸锂双晶界

缺陷工程被证明是通过改善结构稳定性和离子扩散来增强锂离子电池电化学性能的重要因素。然而，传统的合成方法流程长且复杂，因此难以有效且轻松地将缺陷引入电极材料中。

在此，天津大学陈亚楠，山东科技大学刘瑞等人报道了一种具有超快加热和冷却过程的高温冲击技术（HTS），可以在几秒钟内将孪晶界（TB）快速引入纯相尖晶石LiMn₂O₄中。各种异位技术揭示了超快合成过程中LiMn₂O₄ 的结晶机制。具有 TB 的 LiMn₂O₄表现出比传统方法更高的倍率性能。

此外，外来元素可以在几秒钟内均匀地融入LiMn₂O₄中，从而产生优异的循环性能。例如，2% Ni 掺杂的LiMn₂O₄的初始容量为 121 mAh g⁻¹，在 1 C 下循环 500 次后容量保持率为 86.5%。

图1. 结构表征

总之，该工作通过高温超导技术合成了具有TBs的尖晶石型LiMn₂O₄作为LIBs正极材料。与通过传统的无TB固态方法获得的产品相比，该产品表现出更高的可逆容量和更好的倍率性能。本文揭示了高温超导过程中各向异性相的形成过程，研究了LiMn₂O₄中TBs 形成的原因。

此外，通过高温超导将Ni作为掺杂元素引入LiMn₂O₄中，通过抑制Mn²⁺的溶解和Mn³⁺的Jahn-Teller效应来改善电化学性能，进一步减少LiMn₂O₄颗粒在循环过程中的裂纹。因此，该项工作为合成具有有益缺陷的电极材料提供了新思路。

图2. 电池性能

Ultrafast Non-Equilibrium Phase Transition Induced Twin Boundaries of Spinel Lithium Manganate, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302484

4. ACS Nano：阳离子缺陷调节高压锂金属电池中的锂离子迁移

锂金属作为下一代高能量密度电池的负极材料具有很大的潜力。然而，锂离子的不均匀传输会导致金属电极上锂枝晶的生长，导致严重的容量衰减和较短的循环寿命。

在此，深圳大学姚蕾团队采用3D自支撑碳纳米纤维网络结构作为集流体，同时利用具有阳离子（铌和钛）空位的陶瓷纳米颗粒对碳纤维进行改性，使3D自支撑集流体带有负电荷性质，从而引导锂的均匀沉积。

首先，该工作解决了陶瓷纳米颗粒在碳纤维表面均匀分散的问题。通过在碳前驱体中引入环糊精，利用其表面丰富的羟基基团与交联剂柠檬酸中的羧基基团产生的酯化反应，形成稳定的大分子交联网络，该网络结构可将铌、钛离子分隔成岛状结构，从而在热处理过程中铌酸钛陶瓷颗粒均匀弥散在碳纤维表面，且由于碳热反应铌酸钛陶瓷颗粒中形成大量的金属空位。其次，结合二维和三维的相场模拟及DFT计算，系统地阐明了金属空位可在碳纤维表面形成垂直电场，从而诱导锂离子均匀扩散和沿纤维径向方向的均匀沉积行为；同时，金属空位呈现出比氧空位和陶瓷氧化物本身更强的亲锂性。

图1. 结构表征

总之，该工作通过静电纺丝和热处理合成带有负电荷的TiNbO₄纳米颗粒修饰的柔性三维自支撑CNF骨架。在碳纳米纤维中引入带负电荷的富含阳离子空位的TiNbO₄纳米颗粒，协同作用促进Li⁺的迁移和分布，在初始成核阶段诱导锂金属沉积行为，并沿纳米纤维表面均匀沉积锂。

此外，静电纺丝碳纳米纤维三维网络结构具有优异的结构稳定性和丰富的内部空间，作为三维锂金属集流体，可以显著降低局部电流密度，限制锂枝晶生长。

图2. 电池性能

Cationic Defect-Modulated Li-Ion Migration in High-Voltage Li-Metal Batteries, ACS Nano 203 DOI: 10.1021/acsnano.3c09415

5. ACS Energy Letters：Pb-PbF₂ 对电极和稀释液体电解质改进氟离子电池

氟化物离子电池（FIB）因其高理论能量密度和丰富的资源成为有前途的储能技术。然而，通常用于测试液体电解质 FIB 的浸没电池严重影响了整体性能，并妨碍了不同研究之间的可比性，从而阻碍了 FIB 的进展。

在此，牛津大学Mauro Pasta团队报道了一种可靠的 Pb-PbF₂ 对电极，可以使用双电极纽扣电池。为了测试这种设置，作者首先引入一种液体电解质，它结合了高浓度电解质（甲醇中的四甲基氟化铵）的优点，同时通过引入稀释剂（丙腈）解决了其运输和高成本的缺点。结果显示，该工作报告了迄今为止容量保持率最高的 BiF₃-Pb-PbF₂ 电池来证明该系统的可行性。

图1. 制备流程

总之，该工作提出了一种采用干法铸造工艺、使用 PTFE 作为粘合剂的 Pb-PbF₂ 电极的新型制造方法，并使用新型稀释液体电解质验证了它们在双电极纽扣电池中作为对电极的效果。通过该种电解质，该工作首次在FIB中报告使用稀释剂（丙腈）来改善传输性能并减少高浓度电解质（甲醇中的四甲基氟化铵）所需的盐量，同时保留更宽的电化学窗口。

最后，作者通过循环对比相同干法铸造工艺制备的 BiF₃ 电极，证明了 Pb-Pb₂ 作为纽扣电池对电极的适用性。因此，为实用且易于使用的电池配置（如纽扣电池）引入可靠的对电极是 FIB 发展的关键一步。

图2. 电池性能

Advancing Fluoride-Ion Batteries with a Pb-PbF2 Counter Electrode and a Diluted Liquid Electrolyte, ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c02228

6. Energy Storage Materials：通过深度学习方法设计固体电解质层间纳米结构实现锂金属负极的机械耐久性

由于锂枝晶的生长，锂金属负极（LMA）面临着重大的安全挑战。固体电解质界面（SEI）在抑制枝晶生长方面起着至关重要的作用。SEI存在由嵌入的晶体颗粒(CP)组成的纳米结构，这些CP的分布严重影响锂金属负极的机械耐久性，从而影响锂枝晶的生长。因此，建立SEI 纳米结构与其机械耐久性之间的相关性对于设计具有高安全性能的SEI至关重要。

在此，西安交通大学邓俊楷团队提出了一种卷积神经网络(CNN)学习模型，基于实验观察冷冻电镜图像得到一个高通量有限元方法(FEM)数据集。CNN模型能够准确预测SEI结构的机械失效时间(FT)。

此外，作者采用逆向蒙特卡罗(RMC)方法结合CNN模型探索具有较长FT的结构，最终确定了具有均匀排列CP的优化结构。此外，Ablation-CAM技术强调了CP分布在失效中的关键作用。

图1. 数据集构建实例和 CNN 模型性能

总之，该工作利用提出的CNN模型建立了CP分布与SEI的FT之间的相关性。CNN模型表现出了良好的预测性能，在测试数据集上达到了0.861的高R2值。对比分析表明，将RMC方法与CNN模型耦合得到的OD结构具有一致的CP。与RD结构110.24 s的FT相比，其FT显著增加了9倍以上。

此外，设计的PD结构显示了超过RD结构126倍的FT。因此，该工作为SEI的结构设计提供了有价值的指导，为提高LMA的机械耐久性提供了有前景的解决方案。

图2. RD、OD 和 PD 的 Ablation-CAM 和 FEM 结果

Design of Nanostructure in Solid Electrolyte Interphase for Enhancing the Mechanical Durability of Lithium Metal Anode by Deep-Learning Approach, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103096

7. Advanced Energy Materials：锂-硫电池硫氧化还原电催化剂应变效应的成因

在锂-硫电池（LSB）中，引入应变被认为是提高宿主材料催化活性的有效策略。然而，通过化学方法引入应变往往不可避免地会导致化学成分和相结构的变化，从而难以真正揭示催化活性增强的本质和根本原因。

在此，哈尔滨工业大学张乃庆，张宇等人通过简单的热处理和淬火将应变引入MoS₂。研究表明，应变将 Mo-S 键中的部分反键轨道提升到费米级以上，并削弱了 Li-S 和 S-S 键，从而使其紧密锚定，加速了多硫化锂（LiPS）的转化。

基于高应变MoS₂的电池在 0.2 C条件下的初始放电比容量高达 1265 mAh g^-1，在1 C条件下循环1500 次，每次循环的平均容量衰减仅为 0.041%。

图1. 作用机制

总之，该工作从电子结构和几何结构方面揭示了硫氧化还原电催化剂应变效应的起源。通过淬火在 MoS₂ 中引入拉伸应变，由于 MoS₂ 和石墨烯的热膨胀系数不同，淬火会产生内应力。具体而言，拉伸应变提高了 D 波段中心，将部分反键轨道推至 EF 以外，从而使电子更容易占据成键轨道。此外，拉伸应变拉长了 MoS₂ 的晶格，削弱了 Li─S 和 S─S 键，从而降低了 Li₂S 分解的能垒和 SRR 中的 RDS。

结果表明，高应变的 MoS₂/rGO 对 LiPSs 具有更高的锚定能力和催化性能。以MoS₂/rGO -5.6 作为电催化剂，电池在 0.2 C条件下的初始放电比容量高达 1265 mAh g_-1，在 1 C条件下循环 1500 次，平均容量衰减率仅为 0.041%。因此，该工作揭示了硫氧化还原电催化剂应变效应的起源，未来可根据这一原理设计出更先进的催化剂，加快实用 LSB 的发展。

图2. 电池性能

The Origin of Strain Effects on Sulfur Redox Electrocatalyst for Lithium Sulfur Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302586

8. Nano Letters：氧空位增强了水系铝-锰电池的质子嵌入动力学

铝离子电池因其优越的电化学性能、低成本、高安全性而受到广泛关注。为了解决电池性能的限制，探索新型正极材料并了解其反应机理具有重要意义。在众多候选材料中，多种结构和价态使锰基氧化物成为水系铝离子电池(AAIBs)的最佳选择。

在此，河北大学张文明教授、李战雨，新加坡科技设计大学杨会颖等人设计一种由具有丰富氧空位的γ-MnO₂组成的新型正极。结果显示，该电极在0.2 A g^-1下表现出481.9 mAh g^-1的高放电容量，在0.4 A g^-1下循环200次后可实现高达128.6 mAh g^-1的可逆容量。特别是，通过密度泛函理论计算和实验对比，验证了氧空位对加速H⁺反应动力学的作用。

图1. 结构分析

总之，该工作利用具有丰富氧空位的γ-MnO₂制备了锰基水系AIB。通过对氧空位的理论计算和测试，作者发现氧空位可以通过打开MnO₆八面体增加新的离子扩散路径来改善H⁺的反应动力学。因此，这种Al//O_v-MnO₂电池在~1.5和~1.0 V处提供两个放电平台。在0.2 A g^-1时最高放电比容量可达481.9 mAh g^-1，在0.4 A g^-1下循环200次后仍保持126.6 mAh g^-1容量。

此外，团队还进行了一系列异位实验进一步验证了充电/放电机制，最后发现H⁺和Al³⁺共插入机制是MnO₂正极中的主要过程。因此，该项工作为二氧化锰材料在水系AIB中的应用提供了见解。

图2. 电池性能

Oxygen Vacancies Boosted Proton Intercalation Kinetics for Aqueous Aluminum–Manganese Batteries, Nano Letters 2023 DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03654