1. Energy & Environmental Science：高富氮三嗪基共价有机骨架的原位界面工程用于超稳定、无枝晶的锂金属负极

锂金属电池中不可控的枝晶生长和安全可靠性严重制约了其商业化进程，因此设计高度安全稳定的锂金属电池仍然面临巨大挑战。

在此，广东工业大学李运勇团队在锂金属表面原位构建了具有高杨氏模量（3.51GPa）的高富氮三嗪基共价有机骨架（COFs）作为多个亲锂位点和人工SEI层（N含量：47.04at.%），以减少副反应，诱导均匀的Li+通量和Li电镀/剥离，并抑制锂枝晶生长。

结果显示，COFs的强亲锂性和高富氮结构具有多个吸附位点和高的Li吸附能，自发形成具有丰富Li-N和高度有序孔结构的刚性有机/无机杂化保护层，从而诱导均匀的Li⁺通量和Li镀/剥离，降低了Li⁺迁移能垒，增强了Li⁺的迁移率，抑制了锂枝晶的生长。

正如预期的那样COF@Li对称电池分别在5mA cm^-2（5mAh cm^-2）下超过8000小时和在20mA cm^-2（20mAh cm^-2）下超过1600小时实现超长循环稳定性。重要的是，LiFePO₄||COF@Li全电池在5C下表现出超过1000次循环的优异循环稳定性。

图1. 分子动力学

总之，该工作提出了一种有效的策略，在锂金属表面原位构建高度亲锂的富氮三嗪基COF薄膜，以防止锂金属负极发生副反应和枝晶生长。丰富的亲锂结构在循环过程中自发形成无机杂化层（Li-N），进而诱导锂离子均匀沉积，并阻碍Li金属与电解质之间的直接接触。

此外，该种构造的COF聚合物表现出强大的机械应力（杨氏模量为3.51 GPa）以阻止枝晶形成。有序的孔隙可以为Li⁺迁移提供通道，并确保通过界面层的Li⁺通量均匀。因此，该工作通过原位构建锂金属SEI，对金属具有重要指导意义。

图2. 电池性能

In-situ interface engineering of highly nitrogen-rich triazine-based covalent organic frameworks for ultra-stable, dendrite-free lithium-metal anode, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee02803h

2. Advanced Materials：镁金属负极均匀沉积行为的视角：扩散限制理论与成核理论

使用金属负极是满足高能量密度可充电电池迫切需求最有吸引力的方法。不幸的是，锂离子不均匀的沉积行为会诱发枝晶生长进而严重威胁电池安全。为了探索不同沉积行为的根源并预测各种操作条件下负极的沉积形态，人们开发了多种模型。然而，模型的滥用导致观点的冲突。

在此，中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊、杜奥冰、董杉木等人从模型角度出发，为了验证有关镁（Mg）金属沉积行为有的争议报告，详细阐述了先前所提出控制沉积过程的模型。通过研究各种模型间的相互关系，提出了一种实现最致密和均匀镀层形貌的策略，进而解释了均匀镀层的扩散限制理论和成核理论看似矛盾的问题。

图1. Mg沉积过程示意图以及指导沉积理论

总之，该工作详细阐明了液态Mg金属电池中Mg沉积过程的各个阶段以及各阶段的外部影响因素对Mg沉积的影响。一般来说，成核理论认为较大的电流密度（过电位）会导致较小的晶体成核尺寸和较高的成核密度。相反，参考扩散受限模型和Sand模型，在电化学储能电池中大电流会诱发不良的沉积行为。作者认为问题的关键在于混淆了不同模型之间的界限，并绘制了一幅蓝图来描述沉积形态随电流密度和容量的演变以及不同模型之间的关系，从而为设定操作参数提供指导。

此外，作者指出”动力学控制区”和”扩散控制区”之间的”扩散控制缓冲区”，即电流密度超过限定值，但时间尚未达到 Sand 的时间。根据理论计算和实验数据作者认为在这一缓冲区内可以获得致密均匀的Mg沉积层，同时可以避免枝晶的产生，甚至在 “扩散控制缓冲区 “和 “扩散控制区 “的边界附近会出现最佳沉积。只有当施加的电流密度超过限定值时，这一非客观边界才会被视为Sand时间。因此，该工作将有助于基于Mg金属负极的电池设计，以及提高各种金属负极利用率的操作参数。

图2. 不同电流密度下Mg沉积物的俯视图和横截面SEM

A Perspective on Uniform Plating Behavior of Mg Metal Anode: Diffusion Limited Theory versus Nucleation Theory, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202306395

3. ACS Energy Letters：高压锂金属电池中溶剂化熵的重要性

锂金属电池是极具潜力的下一代储能器件。然而，在当今的锂离子电池（LIBs）中普遍存在的碳酸盐电解质系统与LMB中的锂金属负极不兼容。因此，开发支持稳定锂沉积/剥离并提高电池整体安全性的新型电解质系统对LMB的商业化至关重要。

在此，美国阿贡国家实验室的Chi-Cheung Su和Khalil Amine等人提出了一种基于二羰基溶剂的电解质系统，并应用于锂金属电池（LMB）。在探究的几种二羰基溶剂中，二碳酸二甲酯（DMDC）是最有前途的候选电解质。尽管DMDC与其单羰基对应物DMC之间的结构相似，但在相同的锂与羰基比例下，DMDC电解质表现出更高的溶剂配位性。通过添加降低电解质粘度的非溶剂化共溶剂1,1,2,2-四氟乙基2,2,3,3-四氟丙醚（TTE），DMDC-TTE系统通过操纵溶剂化熵实现了锂负极的显著稳定循环。

图1. 溶剂化作用

总之，该工作通过添加非溶剂化TTE共溶剂来解决LiFSI DMDC电解质的高粘度问题，所得到的LiFSI-DMDC TTE系统在各种Li||Li、Li||Cu和Li|||NMC811电池系统测试中显示出优异的稳定性。具体而言，与单齿DMC相比，即使锂盐与羰基的比例相同，DMDC电解质也表现出更高的配位比。这种较高的配位比与相对较低的去溶剂化熵有关，因为DMDC溶剂化的复合物释放较少的游离溶剂分子。

这种对DMDC溶剂化络合物去溶剂化的限制阻碍了SEI络合物的形成，最终导致与DMC相比更大的稳定性。因此，该研究强调了调节双齿溶剂和锂盐之间的溶剂化熵的重要性，同时该工作为设计LMB功能电解质系统的一种新策略。

图2. 电池性能

Dicarbonyl Electrolyte for High-Voltage Lithium Metal Batteries: Importance of the Entropy of Solvation in Bidentate Solvent, ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c02267

4. Advanced Energy Materials：自牺牲还原中间层用于高性能硫化物基全固态锂电池

基于硫化物固态电解质（S-SSE）的全固态锂离子电池（ASSLIBs）被认为是解决传统锂离子电池安全隐患的最有前途的选择之一。然而，高压正极（如具有高价钴酸锂（LCO））容易自发氧化 S-SSE，导致极化增加和快速降解。

在此，广东工业大学刘晨宇团队通过对LCO进行简单的碳诱导热还原，在 LCO表面就地构建了由CoO/Li₂CO₃/C组成的自牺牲还原相。通过该种设计，LCO表面的Co价降低到二价，从而降低了LCO的氧化性，避免了与 S-SSE 的反应。

因此，使用Li₁₀GeP₂S₁₂（LGPS）S-SSE的ASSLIBs 在 0.2 C 时的初始容量高达 144.9 mAh g^-1，循环 100 次后容量保持率为93.1%。此外，在 1.0 C条件下，S-SSE 仍具有高达109.2 mAh g^-1的容量，循环 200 次后其容量保持 率为81.5%。

图1. LCO 和 CoO 的总和预计状态密度 （DOS）

总之，该工作提出了一种原位自牺牲还原界面构建策略，以抑制正极/S-SSEs 界面的副反应。这种还原性界面由内部 CoO 层和外部 Li₂CO₃/C 层构成。值得注意的是，与 LCO（+3）相比，CoO中的 （+2）Co 价处于低价态，与 S-SSE 的反应性较低，从根本上抑制了界面反应。

实验结果表明，具有还原界面的 R-LCO 具有优异的电化学性能。因此，该项研究支持了利用自我牺牲减少界面反应来提高 ASSLIB 长循环稳定性的策略。此外，该研究还为设计稳定的正极/S-SSE 界面以及提高全固态电池的性能提供了新的见解。

图2. 电池性能

Self-Sacrificing Reductive Interphase for Robust and High-Performance Sulfide-Based All-Solid-State Lithium Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202303647

5. Angewandte Chemie International Edition：全非晶动态交联聚合物电解质实现零下温度下运行锂-硫电池

固态锂-硫电池作为一种安全、高能量的电化学存储技术，在为地区电气化交通提供动力方面展现出了广阔的前景。由于结晶聚合物电解质中的离子流动性有限，电池无法在零度以下工作。在聚合物电解质中添加液态增塑剂可提高锂离子传导性，但会牺牲机械强度和与两个电极的界面稳定性。

在此，中国科学院化学所郭玉国和辛森研究员等人通过将球形超支化固体聚合物增塑剂引入Li⁺导电线性聚合物基体中，建立了一个集成的动态交联聚合物网络，以在低至零度的宽温度范围内保持完全无定形。

由交联聚合物网络制备了固体质量含量>90%的准固体聚合物电解质，并显示出在低温下快速的Li⁺导电、高机械强度和稳定的界面化学。因此，采用新型电解质的固态锂-硫电池在25℃、0℃和-10℃下提供了高可逆容量和长循环寿命，可在复杂的环境条件下进行储能。

图2. 液态电解质和准固态聚合物电解质的 LSB LT 运行示意图比较

总之，该工作展示了一种原位制备的全无定形 q-SGPE，它具有 2.96 ×10^-4 S cm^-1 的高锂离子电导率和 0.81 的高锂离子迁移数，固体质量含量高达 91.5 wt.%，可在环境温度和零度以下运行Li-S 电池。

具体而言，电荷转移特性的改善源于集成的动态交联聚合物网络，该网络是通过星形聚合物和线性聚二氧戊环链之间微弱的范德华相互作用建立的。计算显示，IDCN q-SGPE 显著提高了锂电极和钠电极在低温下的电化学稳定性。在正极-电解质界面，IDCN 优先与 Li₂S₄ 配位，以抑制导电性差的硫化物成分的富集。在负极-电解质界面，IDCN 有利于形成坚固的富含 LiF 的 SEI，防止枝晶形成和金属腐蚀。

因此，基于 IDCN 的固态 LSB 在 RT 和 LT 条件下显示出优异的循环性能，循环次数超过 200 次，在 25℃, 0 ℃ 和 -10 ℃ 条件下的可逆容量分别达到 1110 mA h g^-1、1045 mA h g^-1 和 901 mA h g^-1。迄今为止，该项工作中的准固体 LSB 的低温性能优于之前报道的准固体锂电池。

图1. 作用示意图

A Fully Amorphous, Dynamic Cross-Linked Polymer Electrolyte for Lithium-Sulfur Batteries Operating at Subzero-Temperatures, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202316087

6. ACS Energy Letters：电子背散射衍射揭示铜表面结构在锂沉积中的作用

超薄铜箔在当前的锂离子电池和下一代无负极锂金属电池中发挥着重要作用。铜箔的表面微观结构会影响锂在铜箔上的沉积，但目前还缺乏对这一机制的了解。

在此，上海交通大学李林森团队采用电子背散射衍射来获取两种典型超薄（10 μm 厚）铜箔样品（即电沉积铜箔和轧制退火铜箔，分别表示为 ED-Cu 和 RA-Cu）表面纹理的统计信息。

研究发现，ED-Cu 和 RA-Cu的表面晶粒形态、优选晶粒取向和取向差角分布不同。ED-Cu 箔的正面和背面的晶粒尺寸和晶界 (GB) 微观结构也不同。进一步研究表明，沉积锂颗粒的晶粒尺寸和空间分布与铜表面低Σ重合位点晶格类型的GB的密度相关，这在成核和沉积过程中发挥着先前未被充分认识的作用。

图1. 铜箔的微观结构表征

总之，该工作主要采用EBSD研究了两种典型铜箔的微观结构，并发现RA-Cu和ED-Cu超薄箔的铜表面纹理有很大不同。具体而言，铜表面纹理与铜箔表面的锂沉积行为之间存在相关性。ED-Cu 表面存在较大比例的低 Σ CSL GB，进而降低了Cu表面能，并导致Li沉积的成核过电势更高（与 RA-Cu 相比）。

因此，与RA-Cu 相比，ED-Cu 表面的成核数量更少，Li 颗粒的尺寸也更大。除此之外，该工作强调了 EBSD 技术在研究各种电池材料的复杂工艺-结构-性能关系方面的强大能力。

图2. 沉积锂颗粒的SEM表征和统计分析

The Overlooked Role of Copper Surface Texture in Electrodeposition of Lithium Revealed by Electron Backscatter Diffraction, ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c02132

7. Energy & Environmental Science: 水平镁沉积和抑制表面钝化实现高性能镁金属电池

由于高容量和自然丰富性，可充电镁电池（RMB）正在成为锂离子电池有前途的替代品。然而，传统电解质中严重钝化和沉积不均匀导致可逆性和循环稳定性差。

在此，新加坡科技研究局Zhi Wei Seh团队将1-氯丙烷（CP）的共价分子引入传统电解质中，以操纵镁负极的动力学和表面化学。由于CP-Mg相互作用降低了Mg（002）晶面的表面能，在电沉积过程中优先形成具有（002）取向的水平排列片状形态。

此外，CP的最低未占据分子轨道能级能够在Mg电极表面原位形成稳定的富Cl界面。平面沉积形态与保护性界面相结合，可以有效抑制镁电极与电解质之间的副反应，促进电化学反应动力学。所设计的电解质在不对称电池中以99.79%的高库仑效率实现了可逆的Mg沉积/剥离，并在25 mA cm⁻²的超高电流密度下在对称电池中保持稳定循环215小时以上。

图1. Mg(OTf)₂+CP电解液对镁金属电池的电化学性能

总之，该工作提出CP的共价分子用于调节Mg(OTf)₂基电解质中的镁负极的动力学和表面化学，实现抑制钝化和水平排列的镁沉积。电化学测量和结构表征表明，在镁电极表面原位形成了强有力的富氯SEI，有效地减少了持续的电解质分解，促进了电化学反应动力学。

此外，由于CP和Mg电极之间的相互作用Mg(002) 晶面的表面能降低，促进了电沉积过程中水平排列的(002) 取向的片状物生长。结果显示，Mg(OTf)₂+CP电解液具有优异的电化学与电池性能。因此，该工作强调了通过电解质修饰来抑制钝化和实现平面镁沉积的重要性。

图2. Mg//Mo₆S₈ 和 Mg//PTCDA 电池在 Mg(OTf)₂ + CP 电解液中的性能

Realizing Horizontal Magnesium Platelet Deposition and Suppressed Surface Passivation for High-Performance Magnesium Metal Batteries, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee02317f

8. ACS Nano：异质界面外延应变稳定高性能微电池过锂化Li_1+xMn₂O₄正极的晶体框架

为了满足高能量和高功率密度锂离子微型电池日益增长的需求，过硫酸盐化 Li_1+xMn₂O₄ （0≤x≤1）因其296 mAh g^-1 的高理论容量和相互连接的锂离子扩散途径而成为一种极具吸引力的正极候选材料。然而，由于Jahn-Teller畸变，过硫化引发了不可逆的立方-四方相变，导致容量迅速下降。与传统锂离子电池相比，微型电池为开发基于薄膜的特定改性策略提供了机会。

在此，荷兰特温特大学Mark Huijben团队提出异质界面晶格应变，通过在SrRuO₃(SRO)电子导电层上外延薄膜生长来稳定过度锂化的 Li_1+xMn₂O₄ (LMO)正极的尖晶石晶体框架。结果表明，LMO/SRO 异质界面处的晶格失配导致整个 LMO 薄膜中出现面内外延约束，进而抑制了发生在面内方向的过锂化过程中的晶格膨胀。

因此，通过在具有完全可逆相变的 LiMn₂O₄ 外延正极中可逆地嵌入第二个锂离子实现容量加倍。此外，在4 V和3 V范围内，可逆容量保持率分别高于 90.3% 和 77.4%，从而获得优异的循环稳定性。

图1. 100-LMO 和 110-LMO 薄膜的表面形态示意图

总之，该工作通过异质界面晶格应变成功实现了外延过锂化 100/110-LMO 薄膜的稳定性。STEM 和 RSM 分析表明面内压缩和面外伸长引起的结构变形，其中异质界面晶格应变导致 LMO 晶胞受到面内约束。在外延膜内的长范围内观察到结构变形，表明应变从界面区域传播到膜内部区域。由于存在异质界面晶格应变，LMO 薄膜能够实现优异的循环稳定性。

此外，DFT 计算还证实，面内约束还能有效缓解面内的内部拉伸应力。基于 CV 测量的锂动力学分析表明，100-LMO 薄膜在 3 V 范围内具有更好的倍率能力。因此，该项研究提供了一种实现稳定的Li_1+xMn₂O₄外延薄膜正极叠层化的有效策略。

图2. 电池性能

Stabilizing Crystal Framework of an Overlithiated Li1+xMn2O4 Cathode by Heterointerfacial Epitaxial Strain for High-Performance Microbatteries, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c08849