1. ACS Nano：定制以Li₂O为主的固体电解质界面以实现稳定的锂金属电池

固体电解质界面（SEI）的成分和结构对于锂金属电池（LMB）的稳定循环至关重要。LiF作为SEI的主要成分已被广泛研究，但Li₂O对Li⁺的扩散势垒要低得多，因此以Li₂O为主的SEI对电化学性能的影响仍然难以捉摸。

在此，南方科技大学邓永红、池上森等人设计了一种超强配位共溶剂化稀释剂2,3-二氟乙氧基苯(DFEB)，旨在调节溶剂化结构并定制以Li₂O为主的SEI，以获得稳定的LMB。在基于DFEB的LHCE（DFEB-LHCE）中，DFEB集中参与第一个溶剂化壳层并与FSI^–协同作用，以定制出以Li₂O为主的富含无机物的SEI，这与传统LHCE中形成的以LiF为主的SEI不同。

受益于这种特殊的SEI架构，Li||Cu半电池具有高达99.58%的库仑效率(CE)、稳定的电压分布、致密均匀的锂沉积，以及有效抑制锂枝晶的生长。更重要的是，DFEB-LHCE可与LFP、NCM811、S等多种正极匹配，采用DFEB-LHCE的Li||LFP全电池在650次稳定循环后容量保持率为85%，CE为99.9%。特别地，1.5 Ah实用型锂金属软包电池，在250次循环后容量保持率高达89%，平均CE高达99.93%。

图1. DFEB-LHCE电解质的性质和溶剂化结构

总之，该工作通过低密度、低氟化、低成本的共溶剂化稀释剂DFEB调节溶剂化结构，定制了以Li₂O为主的富含无机物的SEI，DFEB是氟苯基稀释剂中首次报道的超强配位共溶剂化稀释液。DFEB作为一种共溶剂化稀释剂参与第一个溶剂化壳层，形成AGGs和CIPs，将部分FSI^–从AGGs中释放出来，并通过偶极-偶极相互作用将DME与Li⁺更紧密地结合。

因此，DFEB-LHCE的SEI形成机制是稀释剂和FSI^–共衍生的SEI，这是一种以Li₂O为主的富含无机物的SEI。这种独特的SEI结构有效地降低了对Li⁺的表面扩散能垒，导致更低的成核过电位和更快的界面Li⁺转移动力学。DFEB-LHCE不仅可用于LFP正极，也可用于NCM811和S正极，组装的全电池具有优异的长期循环性能。特别是Li||LFP软包电池在250次循环后的容量保持率为89%，极好的平均CE为99.93%。

因此，该项工作除了深入了解共溶剂化稀释剂对溶剂化结构和SEI组成及其分布的影响外，也为Li₂O在稳定锂金属负极方面的优越性提供了证据，并为适用于LMBs的电解质改性工程设计提供了独特的方向。

图2. 使用不同电解质的锂金属全电池的电化学性能

Beyond LiF: Tailoring Li2O-Dominated Solid Electrolyte Interphase for Stable Lithium Metal Batteries, ACS Nano 2024 DOI: 10.1021/acsnano.3c07038

2. Nature Energy：调节层状氧化物正极中的共生结构实现高性能钠离子软包电池

P2-型层状过渡金属（TM）氧化物是典型的钠离子电池正极材料，TM层中Li的存在可导致形成特定的Na-O-Li构型，从而在高充电电压下引发额外的氧氧化还原。然而，棱柱型（P型）向八面体型（O型）的相变和不可逆的TM迁移在高电荷状态下会同时加剧，并导致结构畸变。

在此，厦门大学孙世刚、乔羽，中国科学院物理所谷林，阿贡国家实验室徐桂良教授、拜罗伊特大学Qingsong Wang，中山大学孙洋等人证明P2-Na_0.67Li_0.1Fe_0.37Mn_0.53O₂（NLFMO）过度脱钠会诱导形成具有共生结构（即O型层和P型层交错）的邻近O型堆叠断层，从而导致Li向晶格外迁移和不可逆的氧损失。

研究表明，通过控制电荷深度来定制共生结构，P型堆叠态可以均匀地穿插在O型堆叠态之间，从而避免邻近的O型堆叠断层。此外，调整O/P共生结构可导致Li/TM离子的可逆迁移和NLFMO正极的可逆阴离子氧化还原。基于此，该工作实现了一种同时具有阳离子和阴离子氧化还原活性的高性能软包电池（基于电池的整体重量，能量密度为165 Wh kg^-1）。

图1. 局部氧气环境的演变

总之，该工作系统地研究了原型P2型NLFMO正极的O/P共生结构与结构稳定性之间的关系，包括TM-O局部环境、Li/TM迁移/错位、阴离子/阳离子氧化还原和Li/O空位。在交织的O/P共生结构演化过程中，OP4相被证明是一种特殊的边界相。

此外，OP4-O2共生结构中相邻的O型堆叠模式加剧了结构畸变，导致不可逆的锂向晶格外迁移、不可逆的铁错位和过度的阴离子氧化（不可逆的O损耗）。通过控制OP4边界相的电荷截止SOC（4.3 V SOC with Na_0.23 in NLFMO），该项工作在保持结构稳定性和提高阳离子/阴离子相关容量之间找到了平衡，在软包全电池（NLFMO||HC）中实现了165 W h kg^-1的能量密度。与盲目地通过电位/电压确定电荷截止边界不同，该工作提出了依赖于OP4的SOC作为调整正极合适电荷截止极限的标准。因此，该工作为精确调节高能量密度正极候选物质结构转变的稳定性开辟了道路。

图2. NLFMO正极在全电池中的可逆循环

Achieving a high-performance sodium-ion pouch cell by regulating intergrowth structures in a layered oxide cathode with anionic redox, Nature Energy 2024 DOI: 10.1038/s41560-023-01425-2

3. Nature Materials：易收缩负极材料实现固态电池中金属锂的快速循环

硅(Si)负极电压比Li金属高，但其高容量仍然具有吸引力。然而，硅负极在锂化后往往会发生300%的体积变化，膨胀和粉碎，这限制了它在液体电解质电池中的实际应用。

在此，哈佛大学李鑫团队揭示了一种新的材料在锂（Li）和负极界面处的收缩敏感性现象，利用这种现象有助于促进活性三维支架的设计，以容纳大量厚Li金属层的快速沉积和剥离。该工作以众所周知的硅（Si）负极材料为研究对象，以证明微米大小的硅的锂化反应可以在固-固界面显著抑制，而不是在传统的固-液界面进行强烈的锂-硅合金化，由于反应诱导的扩散限制过程，它只发生在硅颗粒的薄表面位置。

根据约束系综计算方法预测表明，以Si、银（Ag）和镁（Mg）合金为代表的负极材料，表面锂化和Li沉积之间的动态相互作用，因此，可以更均匀地分布电流密度，以在高面容量时，快速循环Li金属，这对于固态电池应用是重要的。

图1. 负极材料的收缩敏感性和镀锂的扩散限制过程

总之，该工作展示了在固态电池中微米硅的合金反应会通过反应应变诱导的扩散限制过程，在硅颗粒的浅表面部位（约 65 纳米）受到限制。因此，硅复合保护层可以容纳大量的锂金属沉积，以适应正极商业级负载的超快循环和高面容量。

此外，高通量模拟表明，硅和其他有前途的材料，如银（Ag）和镁（Mg）合金，位于锂化电压与收缩敏感性空间中的一个独特区域。这些材料显示出良好的收缩敏感性和电压平衡，并位于参数空间中两个因素最大乘积的边界。通过锂化与沉积之间的相互作用，这种动力学上的优先锂沉积会导致负极的局部电流密度分布更加均匀。因此，该工作为设计先进的金属锂固态电池铺平了道路，从而可以利用负极材料的收缩敏感性，在正极高负载条件下实现快速循环。

图2. 基于收缩敏感负极设计的软包电池循环数据

Fast cycling of lithium metal in solid-state batteries by constriction-susceptible anode materials, Nature Materials 2024 DOI: 10.1038/s41563-023-01722-x

4. Advanced Functional Materials：人工界面层的内置电场实现恶劣条件下稳定的钠金属电池

钠金属电池已成为锂离子电池的潜在竞争对手。然而，在恶劣条件下（电流密度>10 mA cm⁻²）保持稳定的钠金属负极极具挑战性。主要问题是高活性钠金属不断与电解质反应，形成厚而松散的固体电解质界面层。

在此，中山大学王成新、雷丹妮、Xie Junjie等人利用原位置换反应在金属钠负极表面制备了一种独特的人工界面层（银纳米颗粒分布在以NaClO₄为基质的基体中）。在人工界面层底部的Ag颗粒可作为Na⁺均匀沉积的有效成核点，而人工界面层中间/顶部的 Ag 与钠之间形成的内置电场则在沉积过程中加速了Na⁺在界面层中的迁移并降低了极化。

结果表明，在高电流密度（10 mA cm^-2）条件下，对称电池实现了超过1000小时的可逆剥离/沉积。此外，与高负载Na₃V₂(PO₄)₃正极（20 mg cm^-2）耦合的全电池具有稳定的循环性能。

图1. 对称电池的电化学性能和Na沉积/剥离行为

总之，该工作提供了一种简便策略即通过原位还原反应在Na金属负极表面制备出独特的人工界面层，该界面层由Ag纳米粒子与NaClO₄组成。获得的NClA负极不仅在对称电池中表现出卓越的稳定性（在10 mA cm^-2下循环超过 1000小时），而且在超高质量负载正极下（20 mg cm^-2）表现出较长的循环寿命（> 800 次）和显著的容量保持率（在 0.3 C 下循环 50 次）。

结果表明，人工界面层中纵向分散的Ag纳米颗粒与Na金属形成的内置电场，在沉积过程中加速了Na⁺在界面层中的迁移，加快了界面扩散动力学。此外，具有高Na⁺迁移率的NaClO₄和界面层底部的Ag粒子与Na金属紧密接触，有助于Na⁺均匀成核，从而加速Na⁺的沉积并使其均匀化。因此，该策略为在大电流密度和高负载质量条件下实现稳定的SMB铺平了一条创新的道路。

图2. NClA||NVP 和 Bare Na||NVP 的电化学测试

Built-In Electric Field of In Situ Formed Artificial Interface Layer Induces Fast and Uniform Sodium-Ions Transmission to Achieve a Long-Term Stable Sodium Metal Battery Under Harsh Conditions, Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202315309

5. Nature Communications：具有锂化学计量控制的无钴复合结构正极用于可持续锂离子电池

锂离子电池在交通和电网脱碳方面发挥着至关重要的作用，但它们对常用的高能层状Li（NiMnCo）O₂正极中高成本、稀土稀缺钴的依赖引发了一系列问题。尽管多次尝试解决这一挑战，但从Li（NiMnCo）O₂中消除Co仍然难以捉摸。

在此，布鲁克海文国家实验室王峰、白健明等人报告了在合成缺锂复合结构LiNi_0.95Mn_0.05O₂的过程中对化学计量的合理控制，这种结构包括层状和岩盐相的相互生长，其性能优于传统的层状结构。

通过对煅烧过程进行多矢量相关实验表征和计算建模，该工作揭示了缺锂复合结构在抑制岩盐相向层状相转变以及抑制晶体生长方面的作用，从而获得具有理想的低各向异性晶格膨胀/收缩的小尺寸复合材料。因此，缺锂的 LiNi_0.95Mn_0.05O₂可在100次深度循环中提供90%的库仑效率、90%的容量保持率和接近零的电压衰减，显示了其作为可持续锂离子电池无Co正极的潜力。

图1. 缺锂 NM9505 的结构和电化学特性

总之，该工作证明了对Li化学计量的合理控制，使NM9505成为一种无Co的CAM可用于下一代LIB。结果表明，采用层状RS复合结构的5%缺锂NM9505获得优异性能。作者通过多种相关的表征和建模研究了NM9505在煅烧过程中的结晶热力学和动力学，揭示了锂的化学计量在控制结构排序和晶体生长动力学中的关键作用。

具体来说，在过量锂存在的情况下会发生液相烧结，导致CAMs中出现大的原生颗粒。与此相反，缺锂的CAMs中形成了由互生的RS相和层相组成的小原生颗粒；由于在循环过程中各向异性的晶格膨胀和收缩很小，它们表现出很高的结构稳定性。因此，通过锂的化学计量来调整无钴正极的结构和形态是一条有效的途径，为依赖Co的正极提供了一种前景广阔且具有成本效益的替代方案。

图2. 锂的化学计量在煅烧过程中调节晶体生长和颗粒间融合的作用

Cobalt-free composite-structured cathodes with lithium-stoichiometry control for sustainable lithium-ion batteries Nature Communications 2024 DOI: 10.1038/s41467-023-44583-3

6. ACS Nano：三维网络粘合剂的共价交联化学应用于 Si/C 复合电极

目前，硅（或 SiOx，1 < x < 2）和石墨复合（Si/C）电极（例如，Si/C450 和 Si/C600，在 0.1 C 条件下的比容量分别为 450 和 600 mAh g^-1）凭借其比石墨电极更高的比容量和比硅（或 SiOx）电极更好的循环性能，已成为高能锂离子电池（LIB）应用中替代传统石墨电极的最有前途的选择。然而，由于内部硅基颗粒的巨大体积变化会导致电极结构解体和界面不稳定，因此这种复合电极在实际应用中仍具有挑战性。

在此，中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊、张焕瑞，青岛科技大学周新红等人通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合，为Si/C450和Si/C600电极开发了共价键交联网络粘合剂。与其他粘结剂相比，该材料实现优异的机械和粘合剂性能，降低了Si/C负极体积膨胀。

此外，与线性粘合剂相比较，P(SH-BA3%)粘结剂用量仅为3 wt %，在Si/C450负极半电池中，0.5 C循环600次后容量保持率为83.56%，在0.3 C循环200次后容量保持率为86.42%，在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极(15 mg cm^-2)软包全电池中，0.5 C循环300次后容量保持率为80.95%。

图1. 使用PSH 粘合剂和P(SH-BA)粘合剂时Si/C电极的锂化和脱锂演化

总之，该工作提出了一种基于硼酸交联设计的用于Si/C450和Si/C600电极的3D网络聚合物粘结剂P(SH-BA3%)。由于3D共价交联化学，开发的P(SH-BA3%)粘合剂提供了增强的机械和粘接性能，以及比其他线性粘结剂更低的膨胀率。循环前后Si/C450电极的SEM成像和XPS分析表明，P(SH-BA3%)粘结剂能更好地抑制Si/C450电极的体积膨胀。因此，Si/C450电极在实际粘结剂含量仅为3 wt %的情况下，比线性粘结剂和传统CMC/SBR粘结剂具有更高的倍率和循环性能。

此外，NCM811//Si/C450@P(SH-BA3%)软包全电池在0.3C循环200次后的初始库仑效率为83.10%，容量保持率为86.42%，在0.5C下循环300次后的初始库仑效率为78.73%，容量保持率为80.95%，表明P(SH-BA3%)粘结剂的实际可行性。因此，该项工作开发的粘结剂设计策略有助于在下一代高能LIBs中实现实用的Si/C电极。

图2. 电池性能

Covalently Cross-Linked Chemistry of a Three-Dimensional Network Binder at Limited Dosage Enables Practical Si/C Composite Electrode Applications, ACS Nano 2024 DOI: 10.1021/acsnano.3c11286

7. Advanced Materials：金属配位相互作用逆转金属-N-C的疏锌/亲水性用于无枝晶锌负极

无枝晶锌金属负极具有高放电深度（DoD）和稳定的循环性能，是水系锌离子电池实际应用面临的巨大挑战。

在此，中国科学院大学刘向峰、张天然等人通过操纵金属与配位原子之间的电子相互作用，成功逆转了金属-N-C的疏锌/亲水性质，成功制备了亲锌/疏水不对称的Zn- N_{3py +1Pr}-C(由3个吡啶N原子与1个吡咯N原子配位的Zn中心组成)基体，实现了锌的均匀沉积和高DoD的长寿命。

研究表明，在不对称Zn-_n3py+1Pr-C中，吡啶N与金属中心的相互作用减弱，导致Zn 3d带中心发生下移，N和C2p带出现局部化非键态，导致Zn优先吸附水。因此，不对称Zn-N_{3py +1Pr}-C基体具有较小的Zn成核过电位和98.3%的高库仑效率。采用Zn-N_3Py+1Pr-C@Zn负极的对称电池在DoD处的无枝晶循环次数为500 h，最高可达50%。此外，Zn-N_3Py+1Pr-C@Zn/S-PANI全电池也表现出优异的循环性能，在10 A g⁻¹下可稳定循环1000次。

图1. Zn-N_3Py+1Pr-C基体亲锌/疏水特性的理论解释

总之，该工作通过操纵金属配位相互作用成功制备了新型亲锌/疏水单原子不对称Zn-N_3Py+1Pr-C 3D多孔主体，可有效提高锌负极在深放电深度下的循环性能。亲锌/疏水不对称 Zn-N_3Py+1Pr-C主体可以均匀Zn成核并抑制副反应，因此Zn-N_3Py+1Pr-C主体锌负极表现出98.4%的高库仑效率和500次稳定循环。Zn-N_3Py+1Pr-C@Zn/S-PANI全电池也表现出优异的循环稳定性。

因此，该项工作开辟了金属-N-C在可逆金属负极中的应用，并强调了金属配位相互作用对于设计无枝晶金属负极的重要性。

图2. 电池性能

Reversing Zincophobic/Hydrophilic Nature of Metal-N-C via Metal-Coordination Interaction for Dendrite-Free Zn Anode with High Depth-of-Discharge, Advanced Materials 2024 DOI: 10.1002/adma.202311637

8. Angewandte Chemie International Edition：增强固氮和能量转换的光辅助Li-N₂电池

Li-N₂电池因其集N₂固定、能量存储和转换于一体的潜力而受到广泛关注，然而由于正极催化剂活性低、稳定性差，Li-N₂电池的电化学性能并不理想，其电化学可逆性也很少得到证实。

在此，吉林大学徐吉静团队通过采用等离子体Au纳米粒子（NPs）修饰的缺陷氮化碳（Au-Nv-C₃N₄）光电正极，建立了一种新型双功能光辅助Li-N₂电池系统。Au-Nv-C₃N₄具有较强的光捕获能力、N₂吸附能力和N₂活化能力，其光电子和热电子对加速放电和充电反应动力学具有显著的促进作用。

基于此光辅助Li-N₂电池可实现1.32V的低过电位，是迄今为止报道的最低过电位，以及卓越的倍率能力和长周期稳定性（~500 h）。值得注意的是，理论和实验结果相结合，证明了光助 Li-N₂ 电池的高可逆性。

图1. N₂分子结构及其利用方法

总之，该工作在设计和采用新型Au-Nv-C₃N₄异质结作为促进NRR和NER的高效光催化剂的基础上，构建了一种高度可逆的光辅助Li-N₂电池，其中Nv充当吸附和活化N₂的活性位点，光生电子和等离子体热电子充当还原剂，从而加速载流子分离并显著提高反应动力学。该优势有助于延长Au-Nv-C₃N₄的可见光吸附能力和载流子寿命。

该电池在光照下工作时，过电位低至 1.32 V，具有优异的倍率性能，循环寿命稳定在 500 h以上。通过各种表征方法和理论计算，证明了Li₃N在光辅助Li-N₂电池中的可逆形成和分解。因此，该项研究极大拓展了光辅助电池的应用领域，并为解决 Li-N₂ 电池及其他电池的动力学迟缓问题提供了一种新的有效策略。

图2. Li-N₂电池的电池性能

Photo-Assisted Li-N₂ Batteries with Enhanced Nitrogen Fixation and Energy Conversion, Angewandte Chemie International Edition 2024 DOI: 10.1002/anie.202319211