电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！

• 顶刊 • 阅读 40
1. Angewandte Chemie International Edition：高能锂电池的还原耐受电解液设计
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
锂电池采用锂或硅（Si）负极，为下一代能源存储系统提供了前景。然而，其循环性能由于固态电解质界面（SEIs）的不稳定而快速衰减。尽管阴离子衍生的SEIs可适当缓解，但溶剂不可避免的还原引入了SEIs的异质性，导致循环过程中的裂纹产生。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
在此，浙江大学范修林团队阐明了溶剂的还原稳定性如何通过电子亲和性（EPT）和配位能力（CDA）主导锂或硅负极上固体电解质界面（SEI）。具体而言，具有较低EPT和CDA的溶剂显示出更好的还原耐受性，从而形成均匀且富无机的SEI。基于此，作者为锂或硅负极定制合成了三种有前景的溶剂。这些溶剂的分解在类似溶剂化结构下由它们的EPTs决定，赋予SEI不同的特性，并影响电池性能。
结果显示，1 M 双(氟磺酰)亚胺锂（LiFSI）在N-吡咯烷基三氟甲磺酰胺（TFSPY）中实现了硅负极600个循环周期，容量保持率为81%（1910 mAh g-1）。在无负极的铜||LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM523）软包电池中，该种电解液能够维持超过100个循环周期，容量保持率为82%。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
图1. 电解质溶剂电负性差(Δχ)与还原稳定性(RS)之间的定量关系
总之，该工作设计的还原耐受性增强电解质表明最大限度地减少溶剂分解有助于形成富含无机成分且均匀性得到改善的 SEl。电解质溶剂电负性差和 EPT/CDA 之间的定量关系解锁了电解质的 RS，同时可指导合成用于 Li 或 Si 负极电解质的三种高 RS 溶剂。尽管溶剂化结构相似，但溶剂之间的 EPT 差异导致不同的溶剂分解，从而产生不同的 SEI。结果显示，优化后的电解质可实现优异的电池性能，进而验证了该设计标准。因此，该项研究建立了一种在锂或硅负极中构建 SEI 的新方法，为下一代锂电池的发展提供了宝贵的见解。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
图2. 电池性能
Reduction-Tolerance Electrolyte Design for High-Energy Lithium Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2024 DOI: 10.1002/anie.202400761

2. Advanced Science：六方MAB相Ti2InB2作为锂离子电池负极

电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
六方MAB相（h-MAB）因其具有剥离成MBene的潜力而受到关注。类似于MXene，预计其在锂离子电池应用中很有前景。然而，MBenes的合成成本较高，给其在电池中的应用带来了挑战。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
在此，西北工业大学王俊杰团队采用简单的球磨处理提高h-MAB相Ti2InB2的纯度并引入铟缺陷，从而提高电导率并产生丰富的活性位点。合成的具有铟缺陷的Ti2InB2（VIn-Ti2InB2）表现出优异的电化学性能，特别是在电流密度为5 A g−1（5000次循环，平均容量衰减为0.0018%）和10 A g−1（15 000 次循环，平均容量衰减为 0.093%）的条件下。
总之，该工作提出了涉及双重氧化还原反应的 VIn-Ti2InB2 电荷存储机制，其中缺陷促进了In-Li合金反应以及与TiB层中 Li 的氧化还原反应。最后，锂离子全电池在0.5 A g−1下350个循环后表现出优异的循环稳定性。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
图1. 电池性能
总之，该项工作提出通过球磨方法将铟缺陷引入 h-MAB 相 Ti2InB2 中。研究表明，作为LIB负极的铟缺陷Ti2InB2 MAB相（VIn-Ti2InB2）实现了高达600 mAh g−1的大锂存储容量。
具体而言，首先，球磨过程降低了h-MAB相的粒径，导致表面积增加并暴露出更多的铟原子，从而促进锂离子与铟原子之间的反应形成锂铟合金化，有助于提高容量。其次，在Ti2InB2结构中引入铟缺陷降低了锂离子的扩散能垒，有利于界面电子/质量传递并提高了倍率性能。此外，受益于h-MAB相的结构优势，VIn-Ti2InB2电极表现出优异的长期循环稳定性。因此，该项研究为提高合金材料的性能和稳定性开辟了新途径。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
图2. VIn-Ti2InB2电池储能机制示意图
Defect Engineering of Hexagonal MAB Phase Ti2InB2 as Anode of Lithium‐Ion Battery with Excellent Cycling Stability, Advanced Science 2024 DOI: 10.1002/advs.202308589

3. Angewandte Chemie International Edition：高性能钠金属电池的弱配位稀释剂调节溶剂化化学

电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
稀释剂被广泛应用于克服高浓度电解质的高粘度和动力学缓慢等缺点，但一般不会改变原始溶剂化结构。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
在此，温州大学侴术雷团队采用弱配位稀释剂六氟异丙基甲基醚（HFME）来调节Na+与二甘醇二甲醚和阴离子的配位，形成稀释剂参与的溶剂化物。该种独特的溶剂化结构促进了阴离子和稀释剂的加速分解，并构建了稳定的富无机物的电极-电解质界面。此外，HFME的引入还降低了Na+的脱溶能，提高了离子导电性，增强了抗氧化性。
因此，组装好的Na||Na对称电池实现了超过1800 小时的稳定循环。Na||P’2-Na0.67MnO2电池在循环350 次后，容量保持率高达87.3%，平均库仑效率高达99.7%。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
图1. 物理化学性质
总之，该工作引入弱配位稀释剂HFME。其中，HFME的引入削弱了Na+-G2相互作用，具有快速的Na+去溶剂化能。此外，HFME的不可燃性保证了电池运行时的循环安全。组装的Na||Na对称电池在0.5 mA cm-2的电流密度下稳定循环超过1800小时。Na||NMO电池在350次循环后在4.2V下表现出高容量保持率（87.3％）和高平均CE（99.7％）。因此，该种弱配位稀释剂策略为先进的电解质工程提供了宝贵的见解。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
图2. 电池性能
Weakly Coordinating Diluent Modulated Solvation Chemistry for High‐Performance Sodium Metal Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2024 DOI: 10.1002/anie.202400406

4. Advanced Functional Materials:原位近表面重构策略实现高能量密度正极

电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
富锂正极材料（LRMs）因其高比容量和环境友好性而被视为下一代锂离子电池（LIBs）的关键正极候选材料。然而，LRMs 的循环性差、初始库仑效率（ICE）低，阻碍了其实际应用。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
在此，中国科学院大连化学物理研究所吴忠帅、Wang Gongrui，中国石油大学戴昉纳等人提出了一种通用的近表面原位重构策略，即在 LRMs 表面同时构建 Li/O 双空位层和尖晶石-碳双涂层，以提高 Li+ 的存储性能。与原始 LRMs（212 mAh g-1，ICE 为 65%，200 次循环后保持率为 76%）相比，制备的 LRMs 比容量大大提高，达到 283 mAh g–1，ICE 为 94%，200 次循环后保持率为 91%。
此外，理论研究表明O 空位（Ov）更倾向于出现在 C2/m 相和 Rm 相的界面上以减轻晶格应力。此外，当 Ov 位于晶格界面时，锂离子从 C2/m 相向 Rm 相迁移的能量较低。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
图1. R-LCNMO 和 P-LCNMO 的电化学性能
总之，该工作设计了一种原位近表面重构策略，可在 R-LCNMO 上同时引入 Li/O 双空位和尖晶石-碳双涂层。Li/O 双空位可以降低 Li+ 的扩散能垒，提高晶格氧的可逆性，同时循环过程中在 R-LCNMO 表面形成均匀的 CEI 层。O2 的释放和过渡金属离子的溶解也得到了缓解。原位构建的尖晶石-碳双涂层可以为 Li+ 提供三维扩散通道，从而提高扩散效率，同时减轻与电解质的副反应。
因此，R-LCNMO 在 200 次循环中的容量保持率可达 91%，并实现了 283 mA g-1 的出色放电容量和 94% 的高 ICE。因此，该种原位近表面重构策略将为在实际应用中制造具有高 ICE 和长循环稳定性的大容量 LRM 提供更多机会。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
图2. 结构模型和扩散能垒的理论计算结果
An In Situ Near‐Surface Reconstruction Strategy Endowing Lithium‐Rich Oxides with Li/O Dual Vacancies and Spinel‐Carbon Dual Coating Layers Toward High Energy Density Cathode, Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202401249

5. Advanced Energy Materials：构建正极局部富锰区域实现水系锌-锰电池中高锰利用率

电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
双电子转移反应的沉积溶解机制赋予水系锌锰电池理想的理论能量密度。然而，由于传统锰基材料的溶解度有限以及锰穿梭行为的竞争其实际性能差强人意。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
在此，西南大学徐茂文、Chen Hao等人通过将新型富锰Mn4N正极与等离子体功能化碳纳米管膜（PCNT）中间层协同结合，成功开发出具有高锰利用率和高能量/功率密度的水系锌锰电池。
具体而言，Mn4N正极具有高锰含量和溶解活性，从而为电池系统提供充足的Mn2+离子供应。PCNT中间层具有丰富的微孔结构和官能团，不仅通过捕获溶解的Mn2+来抑制Mn2+穿梭，而且提供了丰富的反应位点，确保Mn2+集中在正极侧并最大限度地发挥其对电化学反应的贡献。
因此，Mn4N-PCNT 表现出低极化电压和优异的锰利用率（64.8%）。在没有MnSO4添加剂的情况下，Mn4N-PCNT实现了821.9 W h kg−1的超高能量密度和优异的循环稳定性（9000次循环后容量保持率为90%）。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
图1. 材料结构表征
总之，该工作报道了一种新型富锰 Mn4N 正极，其具有高锰含量和溶解活性，展示了水性 ZIB 的超高储能潜力。此外，作者巧妙地设计了一种新的电池系统，在 Mn4N 正极和隔膜之间使用 PCNT 夹层，以构建局部富锰区域。PCNT中间层凭借较大的比表面积和丰富的官能团，有效阻碍Mn2+离子的穿梭，同时提供更多的活性位点，保证其充分参与电化学反应。
基于此，Mn4N-PCNT系统实现了更高的Mn利用率，在139.9 W kg−1的功率密度下产生了821.9 W h kg−1的极高能量密度同时表现出优异的循环性能。因此，该项工作揭示了一种有前途的正极候选材料，并提供了一种全新的设计策略来构建高锰利用率和高能量密度的锰基ZIBs。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
图2. 电池性能
A New Design Strategy Enables High Mn‐Utilization Rate in Aqueous Zinc–Manganese Batteries: Constructing Cathodic Local Mn‐Rich Region, Advanced Energy Materials 2024 DOI: 10.1002/aenm.202304161

6. Advanced Materials：隧道导向 VO2 (B) 正极用于高倍率水系锌离子电池

电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
隧道型钒氧化物是水系锌离子电池有前途的正极。然而，与层距可调的层型正极不同，增强固定尺寸隧道中的离子传输动力学仍充满挑战。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
在此，南京大学王学斌，南京邮电大学马延文、赵进等人强调电极的宏观排列决定隧道方向，从而影响离子传输。作者通过改变材料形态，可以优化隧道方向以促进离子快速扩散。
研究表明，具有分散形态（VO2-D）的（001）面主导的VO2（B）纳米带倾向于采用堆叠模式，沿着电极上的c轴进行定向离子传输并保证快速离子扩散。与倾向于在电极上随机排列且具有各向同性和慢离子转移行为的聚集样品（VO2-A）相比，具有分散（001）面主导的VO2（B）纳米带电极表现出定向和快速离子扩散行为，因此表现出超高倍率性能（在0.1和10.0 A g−1下分别为420.8和344.8 mAh g−1）和长循环稳定性（在10.0 A g−1下5000次循环后容量保持率为84.3%）。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
图1. 电池性能
总之，该工作利用具有分散和聚集形态的（001）面主导的VO2（B）纳米带作为模型系统，进而证明优化电极上隧道型钒氧化物的隧道方向可以促进离子传输动力学。结果显示，与具有各向同性离子传输行为的聚集样品相比，分散结构倾向于在电极上均匀展开，仅在c轴方向上的隧道中形成定向离子传输，并保证锌离子的快速扩散。
作为水系锌离子电池的正极，基于分散（001）面为主的 VO2 (B) 纳米带电极表现出高可逆容量以及优异的循环稳定性。因此，该工作提出的原理对于提高隧道型钒氧化物的倍率性能和促进水系锌离子电池的商业化发展产生了积极作用。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
图2. VO2-D的储能机理分析
Tunnel‐Oriented VO2 (B) Cathode for High‐Rate Aqueous Zinc‐Ion Batteries, Advanced Materials 2024 DOI: 10.1002/adma.202400888

7. Journal of the American Chemical Society：芳香族 C(sp2)–H 在促进锂离子存储中的关键作用

电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
大功率锂离子电池/电容器(LIB/LIC)的发展对于电力存储市场具有重要意义。碳质材料一直是LIB负极部分的关键物质。然而，石墨的理论比容量(372 mAh g-1)较低，此外Li+插层动力学缓慢会导致倍率能力较差，因此无法满足不断增长的能量需求。因此，探索高容量、高安全性锂离子存储的新型碳材料是十分必要的。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
在此，中国科学技术大学武晓君、南京工业大学王川、江苏大学连加彪等人采用离子催化自模板法合成富氢碳纳米带（HCNR），实现了高比容量和高倍率容量（0.1/2.5 A g–1时为1144.2/471.8 mAh g–1）。
此外，通过原位光谱技术阐明了HCNR的Li+储存机制。研究发现，质子化芳香sp2杂化碳（C（sp2）–H）可以通过可逆再杂化为sp3-C为Li+吸收提供额外的活性位点，这是高“斜坡”容量的来源。该种斜坡特征的存在表明了一种高度电容主导的存储过程，其特征是快速动力学，有助于实现优异的倍率性能。对于实际应用，基于HCNR的LIC设备可以提供198.3 Wh kg–1/17.9 kW kg–1的高能量/功率密度。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
图1. 制备流程及结构表征
总之，该工作报告了对富氢碳纳米带（HCNR）的全面研究。该纳米带具有高Li+储存能力和优异的倍率性能。作者阐明了高斜率电容的来源：即质子化芳香族sp2杂化碳（C（sp2）–H）通过可逆再杂化为sp3-C而充当Li+吸收的活性位点。该种倾斜特征的存在表明了一种高度电容主导的存储过程，其特征在于快速动力学，这有助于实现优异的倍率性能。
同时，其相对较高的电位（0.1–1.0V）有助于减轻析锂。实际评估表明富氢碳在大功率可充电电池/电容器方面具有巨大潜力。然而，精确定制碳的特定杂原子构型仍然是一个巨大的挑战。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
图2. 电池性能
Critical Role of Aromatic C(sp2)–H in Boosting Lithium-Ion Storage, Journal of the American Chemical Society 2024 DOI: 10.1021/jacs.3c12051

8. Journal of the American Chemical Society：盐包水电解质中形成具有短锂-锂距离的类聚合物纳米链

电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
在锂离子电池之前的时代，水是大多数电化学装置中的通用电解质溶剂，包括电池、超级电容器、CO2电化学还原装置和电镀装置，可提供快速充电和高倍率性能等优异的动力学表现以及低成本。实际上，所有这些水系装置通常在低电压下运行，受到水狭窄的电化学稳定性窗口和严重析氢的限制，同时没有非水电解质中发现的固体电解质中间相 (SEI) 的动力学保护。盐包水（WiS）最近已成为从水性电池到超级电容器等储能应用的有前途的电解质。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
在此，巴黎索邦大学 Mathieu Salanne团队将分子动力学用于研究 21 m LiTFSI WiS 的结构。结果显示，其中锂离子形成聚合物状纳米链，其中包含多达 10 个离子。尽管它们之间存在很强的库仑相互作用，但链中的离子距离为 2.5 Å。与孤立离子相比，它们表现出截然不同的溶剂化壳，其中它们平均共享两个水分子。由于形成/破坏纳米链的自由能垒较低，因此纳米链具有高度瞬态特征。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
总之，该工作通过 AIMD 模拟揭示了 LiTFSI WiS 电解质中锂离子的纳米链形成。在长距离处，阳离子具有规则的四面体环境，被水和阴离子物质完全溶剂化。相反，在较近的距离处，其排列成由多个桥接水分子稳定的线性纳米链，导致锂CN的增加。由于自由能垒较低，系统保持动态平衡，局部结构在纳米级水平上不断演化。从动力学的角度来看，范霍夫相关函数提供了链中锂离子之间协同运动的证据。因此，在未来 WiS 系统的研究中，应鼓励通过经典力场的重新参数化或使用机器学习势来考虑这种效应。
电池日报||顶刊集锦：范修林、王俊杰、侴术雷、吴忠帅、徐茂文、王学斌、武晓君等成果！
图2. Li…Li Van Hove 时空相关函数的不同部分3D 图
Formation of Polymer-like Nanochains with Short Lithium–Lithium Distances in a Water-in-Salt Electrolyte, Journal of the American Chemical Society 2024 DOI: 10.1021/jacs.3c12488

原创文章，作者：wang，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2024/05/16/34c0af85b2/

赞 (0)
0

相关推荐