1. Angew: 無機開放式框架KTiOPO4負極用于鉀離子電池
鉀離子電池的一個關鍵挑戰是探索低成本電極材料，以便快速和可逆地插入大離子尺寸的K+。中科院物構所孫傳福團隊報道了一種無機開放式骨架KTiOPO4負極材料，其可逆容量高達102 mAh/g（307 mAh/cm3），具有平穩的電壓平臺，平均電位為0.82 V（vs K/K+），長壽命超過200次循環，其K+運輸動力學比Na超離子導體快?10倍。
實驗分析和第一原理計算揭示了涉及雙相和固溶體反應的電荷存儲機制，并且電池體積變化（9.5％）小于石墨中Li+插入的電池體積變化（~10％）。此外，KTiOPO4在K+嵌入上表現出準3D晶格膨脹，實現小晶格應變的分解，因此具有高的結構穩定性。
Ruding Zhang, Jiajia Huang, Wenzhuo Deng, Jingze Bao, Yilong Pan, Shuping Huang, Chuan-Fu Sun, A Safe, Low‐Cost, Fast‐Kinetics and Low‐Strain Inorganic‐Open‐Framework Anode for Potassium‐Ion Batteries, Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201909202
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201909202
2. JACS: 表面Ni摻雜降低LiMn2O4的電荷轉移勢壘，提高零下溫度動力學
在零下溫度下的極端條件下，緩慢的界面動力學會導致鋰離子電池相當大的能量和功率損失，這是一個難以克服的巨大挑戰。南洋理工大學Xiaodong Chen和化學與工程科學研究所Yonghua Du團隊以LiMn2O4為模型體系，證明了表面Ni摻雜能夠構建一個具有較低電荷轉移能壘的新界面，可有效促進界面過程，抑制溫度降低時的容量損失。
通過EIS和DFT計算對電荷轉移過程進行詳細研究，表明界面化學調整可以有效地將電荷轉移過程的活化能降低近20％，使電池在-30°C時仍具有~75.4％的容量，遠遠超過未摻雜的材料的性能。
Wei Zhang, Xiaoli Sun, Yuxin Tang, Huarong Xia, Yi Zeng, Liang Qiao, Zhiqiang Zhu, Zhisheng Lv, Yanyan Zhang, Xiang Ge, Shibo Xi, Zhiguo Wang, Yonghua Du, Xiaodong Chen, Lowering Charge Transfer Barrier of LiMn2O4 via Nickel Surface Doping to Enhance Li+ Intercalation Kinetics at Subzero-Temperatures, J. Am. Chem. Soc.2019
DOI: 10.1021/jacs.9b05531
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b05531
3. Chem：Ti取代促進Na2/3Mg1/3Ti1/6Mn1/2O2正極氧化
中科院物理所胡勇勝團隊在不同堆積方式的Na2/3TMO2（TM=過渡金屬）層狀化合物中采用化學取代：O3-Na2/3Mg1/3Ti2/3O2和P2-Na2/3Mg1/3Mn2/3O2。部分Ti取代的Na2/3Mg1/3Ti1/6Mn1/2O2能夠顯著改善高壓平臺的穩定性和總可逆容量（~230 mAh g-1）的電化學性能。在高壓平臺區域，相同的循環后，Ti取代的陰極與非Ti取代的陰極相比，保留了兩倍以上的容量。
研究表明，中尺度的Ti4+使Ti取代能降低原始結構中鎂、錳的有序分布，從而進一步提高了鈉離子交換計算和計算過程中的結構穩定性。另外，Ti的取代導致了Mg-、Ti-和Mn-O鍵中氧離子周圍的局域電子增多，從而促進了氧氧化還原的電荷轉移反應。
Zhao, C.; Yao, Z.; Wang, J.; Lu, Y.; Bai, X.; Aspuru-Guzik, A.; Chen, L.; Hu, Y.-S., Ti Substitution Facilitating Oxygen Oxidation in Na2/3Mg1/3Ti1/6Mn1/2O2 Cathode. Chem 2019.
DOI：10.1016/j.chempr.2019.08.003
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929419303729
4. ACS Nano: 富含Cu4SnS4的納米材料用于薄膜鋰電池，具有增強的轉化反應
廈門大學彭棟梁、德克薩斯大學奧斯汀分校Hang Guo和Buddie Mullins團隊以氧化石墨烯為添加劑，通過簡單的凝膠-溶劑熱法，合成了富含Cu4SnS4的納米粒子和納米管的復合材料，并將其應用于薄且柔韌的鋰金屬電池。與富含Cu2SnS3的電極不同，富含Cu4SnS4的電極在200次循環后穩定地循環，具有~416mAh g-1增強的轉換容量（約52％的總容量）。
研究者通過原位XRD分析了Cu-Sn-S電極的鋰化/去鋰化機制以及轉化和合金化反應的電壓范圍；通過基于三種算法的DFT計算比較了三種Cu-Sn-S化合物的轉化過程，闡明了Cu4SnS4電極增強的轉化穩定性和優異的擴散動力學；通過原位/非原位表征，DFT計算和各種電化學測試揭示了Cu-Sn-S電極的反應途徑和不穩定容量的根本原因。這項工作提供了基于多種鋰化機制開發能源材料和功率器件的見解。
Jie Lin, Jin-Myoung Lim, Duck Hyun Youn, Yang Liu, Yuxin Cai, Kenta Kawashima, Jun-Hyuk Kim, Dong-Liang Peng, Hang Guo, Graeme Henkelman, Adam Heller, C. Buddie Mullins, Cu4SnS4-Rich Nanomaterials for Thin-Film Lithium Batteries with Enhanced Conversion Reaction, ACS Nano, 2019.
DOI: 10.1021/acsnano.9b05029
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.9b05029
5. ACS Nano: 三維Ni-Co氫氧化物異質結構與碳納米管雜化用于高性能儲能
中國電子科技大學Yan Wang、Zexiang Chen和臺灣國立清華大學Yu-Lun Chueh團隊使用簡單的一步水熱法設計在碳納米管（CNT）材料上生長的鎳鈷（Ni-Co）雙氫氧化物納米針（NCDHN），組成的3D復合材料表示為CNTs@NCDHN，將該復合物制成電極，展示出高倍率和長循環壽命。對三維CNTs@NCDHN電極和Ni-Co氫氧化物電極之間進行電化學性能的對比分析表明，CNTs @NCDHNs的高倍率性能和長循環壽命是由于協同效應。
CNTs@ NCDHNs在1A g-1的電流密度下表現出1823 F g-1的高比電容，并且在20 A g-1的充電-放電倍率下仍保留了大于77.6％的電容。將其作為正電極，rGO-Fe2O3作為負電極，組裝準固態電池。該電池具有高達20 A g-1的超快充放電速率和長循環穩定性。當施加0-1.6V的電壓，相應的準固態器件在功率密度為1.13 kW kg-1時具有高達54.6 Wh kg-1的高能量密度，在12.4 kW kg-1時能量密度為35.8 Wh kg-1。此外，該裝置在不同極端條件下表現出最佳的柔韌性、穩定性和安全性。
Yan Wang, Hualiang Wei, Huifang Lv, Zexiang Chen, Jijun Zhang, Xinyu Yan, Ling Lee, Zhiming M. Wang, Yu-Lun Chueh, Highly Stable Three-Dimensional Nickel–Cobalt Hydroxide Hierarchical Heterostructures Hybridized with Carbon Nanotubes for High Performance Energy Storage Devices, ACS Nano, 2019.
DOI: 10.1021/acsnano.9b04282
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.9b04282
6. Nano Lett.: 無機凝膠衍生金屬框架，實現高性能硅負極
金屬基質材料已經成為與鋰等下一代電極材料雜交的理想平臺，用于鋰離子電池的實際應用。然而，這些金屬物質通常以分離的顆粒的形式存在，不能為硅體積變化提供足夠的自由空間以及連續的電荷傳輸途徑。德克薩斯大學奧斯汀分校余桂華和南京師范大學Ping Wu團隊從無機凝膠前體合成具有互連孔通道和導電骨架的3D金屬框架，將其作為緩沖/導電基質以提高硅負極的儲鋰性能。
作為概念驗證演示，商業Si顆粒通過簡單的凝膠還原途徑原位固定在Sn-Ni合金框架內，并且在循環期間Si顆粒的重排增加了Si在Sn-Ni框架中的分散性，和對儲鋰的協同作用。 Si @ Sn-Ni全金屬骨架的高結構完整性，3D Li+/e-混合傳導通路，界面結合的協同效應，活性Si和Sn之間的同時反應動力學，實現了長循環壽命（在0.5 A g-1下100次循環后為1205 mAh g-1）和優異的倍率性能（10 A g-1下為653 mAh g-1）。
Anping Zhang, Zhiwei Fang, Yawen Tang, Yiming Zhou, Ping Wu, Guihua Yu, Inorganic Gel-Derived Metallic Frameworks Enabling High-Performance Silicon Anodes, Nano Letters, 2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b02429
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b02429
7. 王春生Nano Lett.: 通過置換反應實現高能量密度可充電鎂電池
由于其高理論體積容量和無枝晶剝離/電鍍Mg，可充電鎂電池（RMB）在新能源電池體系中具有巨大的潛力。然而，缺乏高能量密度的正極嚴重限制了它們的實際應用。
馬里蘭大學王春生團隊首次報道CuS正極可以在室溫下通過CuS / Mg軟包電池中的置換反應完全可逆地工作，并在MACC電解質中提供~400 mAh/g的高容量，對應于重量和體積能量密度分別為608 Wh/kg和1042 Wh/L，即使在80次循環后，CuS/Mg軟包電池仍可保持335 mAh/g的高容量。詳細的機理研究表明，CuS經歷了置換反應途徑而不是典型的轉化機制。
Minglei Mao, Tao Gao, Singyuk Hou, Fei Wang, Ji Chen, Zengxi Wei, Xiulin Fan, Xiao Ji, Jianmin Ma, Chunsheng Wang, High-Energy-Density Rechargeable Mg Battery Enabled by a Displacement Reaction, Nano Letters, 2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b02963
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b02963
8. Angew：二維TiO2–碳超晶格垂直封裝在三維空心碳納米球中，并嵌入零維TiO2量子點，用于鈉離子電池
在調控金屬離子插層化學方面，二維（2D）超晶格提供了很有前途的技術機會。伍倫貢大學侴術雷和遼寧科技大學Zhiqiang Zhang團隊采用分子介導熱誘導方法合成了具有可調層間距的單層TiO2和碳的有序二維超晶格,并將其垂直封裝在嵌有TiO2量子點的空心碳納米球中，以形成0D-2D-3D多尺度結構。封裝了二維超晶格的多維結構展示出接近零應變的特性和豐富的電化學活性，實現了高效的Na+存儲性能，展示出優異的倍率性能和循環穩定性。
Xia, Q.; Lin, Z.; Lai, W.;Wang, Y.; Ma, C.; Yan, Z.; Gu, Q.; Wei, W.; Wang, J.-Z.; Zhang, Z.; Liu, H. K.;Dou, S. X.; Chou, S.-L., 2D Titania–Carbon Superlattices Vertically Encapsulated in 3D Hollow CarbonNanospheres Embedded with 0D TiO2 Quantum Dots for Exceptional Sodium-IonStorage. Angew. Chem. Int. Edit. 0 (0).
DOI：10.1002/anie.201907189
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201907189
9. Angew: 調整有機氮化合物的化學性質，助力全有機陰離子可充電電池
開發陰離子脫嵌電極的有機材料可以促進無金屬可充電電池的制造。然而，關于這種陰離子電池報道的實例很少。法國P. Poizot團隊展示了基于氮雜芳族化合物（兩性離子）N-取代鹽的兩種陰離子電極材料的設計。NMR，EDS，FTIR光譜結合熱分析和XRD對該化合物進行結構和化學表征。
由于陰離子在~2.2 V時進行可逆電化學脫嵌，與2,5-（二苯胺基）對苯二甲酸二鋰（Li2DAnT）正極的耦合能夠制造出第一個全有機陰離子可充電電池，能夠提供~27 mAh/g的特定容量，具有十幾個循環的穩定性。
Philippe Poizot, Alia Jouhara, Eric Quarez, Franck Dolhem, Michel Armand, Nicolas Dupré, Tuning the chemistry of organic‐nitrogen compounds for promoting all‐organic anionic rechargeable batteries, Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201908475
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201908475
10. AM綜述: 基于石墨炔的材料：電化學儲能的制備和應用
石墨炔（GDY）因其2D化學結構，非凡的內在性質以及在各種研究領域的廣泛應用潛力而備受關注。特別是，一些結構特征和基本物理性質，包括擴展的平面內孔，規則的納米結構和良好的傳輸性能使得GDY成為能量存儲器件（包括電池和超級電容器）中電極材料的有希望的材料之一。
中國科學院青島生物能源與過程研究所 Changshui Huang團隊總結了GDY的化學結構、合成策略、基本化學-物理性質及其儲能機理的相關理論分析。此外，通過對GDY結構修飾與相應電化學性能改進相互促進的觀點，系統地探討和討論了GDY在電化學儲能中的應用研究進展。此外，還全面評估了GDY在儲能器件中的發展趨勢。基于GDY的材料代表了電化學能量存儲領域的光明前景。
Graphdiyne‐Based Materials: Preparation and Application for Electrochemical Energy Storage，Advanced Materials, 2019
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201803202
11. Angew: 穩定的2D異質COF用于高效離子傳導
2D共價有機框架（COF）具有開放和有序的1D柱狀納米通道，為各種特定功能的客體提供了巨大的可能性。然而，源自動態共價鍵的大多數COF相對低的化學穩定性阻礙了它們的實際應用。
天津大學陳龍課題組合成了高度結晶和異質的二苯并[g,p]chrysene基COF（DBC-2P），并作為離子傳導的主體材料。由于DBC大的共軛結增強了層間相互作用，DBC-2P在強酸和堿中表現出優異的穩定性。隨后將線性聚乙二醇（PEG）和PEG-LiBF4鹽包封到DBC-2P的納米通道中，得到具有2.31×10-3 S cm-1的高離子電導率的復合材料。
Zhen Xie, Bo Wang, Zongfan Yang, Xiao Yang, Xiang Yu, Guolong Xing, Yinghui Zhang, Long Chen, Stable 2D Heteroporous Covalent Organic Frameworks for Efficient Ionic Conduction, Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201909554
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201909554
12. Angew: 聚丙烯酰胺電解質添加劑助力3D無枝晶鋅負極
可充電水性鋅離子電池被認為是下一代電池有希望的候選者，然而，鋅枝晶的形成是限制其實際應用的主要挑戰。中南大學王海燕團隊開發了一種在商業銅網基板上可逆生長的且具有高電化學活性的三維無枝晶鋅負極。該團隊將商業銅網骨架、Cu-Zn固溶體界面、聚丙烯酰胺電解質添加劑PAM相結合的協同方法，以修飾鋅負極。其中，銅網上的Cu-Zn固溶體可以調節鋅的形核，PAM可以有效地抑制鋅枝晶的生長，從而實現降低鋅成核的過電位并增加鋅沉積的穩定性。
研究者研究了不同電流密度下鋅沉積的行為，并通過DFT計算證實了Cu-Zn固溶體和PAM的正效應，所制備的鋅負極在寬范圍的電流密度下顯示出無枝晶狀電鍍/剝離行為，并且由于三維結構和PAM改性的活化界面，循環穩定性得到顯著提高。基于該鋅負極的對稱電池可以循環超過280 h，在80％的放電深度下具有非常低的電壓滯后（93.1 mV），在Zn/MnO2全電池中也實現了高容量保持率和低極化。
Qi Zhang, Jingyi Luan, Liang Fu, Shengan Wu, Yougen Tang, Xiaobo Ji, Hai-Yan Wang, Insights into Three‐dimensional Dendrite‐free Zinc Anode on Copper Mesh with Zinc‐oriented Polyacrylamide Electrolyte Additive, Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201907830
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201907830
13. AM綜述：硫化物基固態電解質-全固態電池的合成、穩定性和潛力
由于其高離子電導率和適用于層壓的力學特征，硫化物復合材料作為全固態電池中的固體電解質受到越來越多的關注。它們較小的電負性、與Li離子的結合能和較大的原子半徑提供了高離子電導率，使其在實際應用中具有吸引力。近年來，已經做了很多努力來開發高性能硫化物固態電解質(SSE)。然而，硫化物固態電解質仍面臨許多挑戰，包括：1）需要更高的穩定性電壓窗口，2）更好的電極-電解質界面和空氣穩定性，3）用于大規模制造的低成本的方法。
美國東北大學有限責任公司Peter Aurora和東北大學Hongli Zhu團隊綜述了關于硫化物固態電解質的性質（結構和化學）、合成以及基于硫化物的全固態電池的全面進展，包括電化學和化學穩定性、界面穩定化及其在高性能和安全的儲能體系中的應用。
作者首先系統地介紹了幾種硫化物SSE系統，包括Li–P–S (LPS)玻璃，LPS玻璃陶瓷，argyrodite Li6PS5X（X = Cl，Br和I），以及thio-LISICONs Li4-xGe1-xPxS4-x和Li11-xM2-xP1+xS12（M = Ge，Sn和Si）化合物。總結了這些硫化物體系的離子電導率，并基于晶體結構闡明了離子傳導機制，并分析了不同合成過程的優缺點及其對離子電導率的影響。此外，作者強調了硫化物對Li金屬、正極材料和潮濕空氣下展示出的固有電化學和化學穩定性，還提供了相應的方法來改善硫化物的化學相容性。
在全固態電池ASSB部分，研究者總結了過去10年發表的ASSB有希望的結果，作者認為這對于了解硫化物基ASSB目前的研究進展至關重要。最后，回顧了有關可擴展生產硫化物基ASSB的潛在方法的相關報道，為大規模生產和應用ASSB提供了良好的理解。
Qing Zhang, Daxian Cao, Yi Ma, Avi Natan, Peter Aurora, Hongli Zhu, Sulfide‐Based Solid‐State Electrolytes: Synthesis, Stability, and Potential for All‐Solid‐State Batteries, Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201901131
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201901131
14. AM綜述: 固態聚合物電解質的分子間化學助力高能量密度鋰電池
固態聚合物電解質（SPE）由于具有大的力學性能，優異的安全性和可加工性而引起了鋰電池界的廣泛關注。然而，SPE的離子電導率和高電壓兼容性仍然不能滿足未來儲能系統的要求。在這方面，SPE中的分子間相互作用引起了人們的注意，它們可以顯著影響SPE中Li+的運動和前線軌道能級。
中科院崔光磊和Shanmu Dong團隊綜述了改善SPE電化學性能的最新進展，并討論了與分子間相互作用有關策略的基本機制，包括離子偶極子、氫鍵、π-π堆積和路易斯酸堿相互作用。該綜述能夠激發對這一關鍵問題的深入思考，為提高SPE的離子電導率和高電壓性能鋪平道路。
Qian Zhou, Jun Ma, Shanmu Dong, Xianfeng Li, Guanglei Cui, Intermolecular Chemistry in Solid Polymer Electrolytes for High‐Energy‐Density Lithium Batteries, Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201902029
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902029
15. Joule綜述：堿金屬陽極--從實驗室到市場
傳統鋰離子電池（LIBs）由于其能量密度有限，無法滿足關鍵市場的需求。因此，探索新的高能量密度電池系統的先進材料勢在必行。在所有可能的充電電池正極材料中，堿金屬電池（AMBs）因其高比容和低氧化還原電位而被認為是最有前途的候選材料。然而，不良的循環性能和嚴重的安全影響所造成的枝晶生長限制了商業化的磁軸承。
華中科技大學黃云輝、Lixia Yuan和北京大學深圳研究生院的Feng Pan團隊綜述了近年來堿金屬陽極的基礎研究進展。他們試圖探索磁懸浮軸承在特定電池系統中的應用，并將該領域的學術界與工業界聯系起來。最后，他們對當前AMBs商業發展面臨的挑戰和未來的機遇提出了展望。
Xiang, J.; Yang, L.; Yuan, L.; Yuan, K.; Zhang, Y.; Huang, Y.; Lin, J.; Pan, F.; Huang, Y., Alkali-Metal Anodes: From Lab to Market. Joule 2019.
DOI：10.1016/j.joule.2019.07.027
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S254243511930371X
16. Joule：穩定鋰金屬陽極的動態、電解質阻塞和單離子導電網絡
鋰（Li）金屬陽極的實現需要發展以解決自然形成的固體電解質界面（SEI）的異質性和不穩定性問題。作為替代方案，人工SEI通過調節諸如快速離子傳輸、保形保護和寄生反應緩解等關鍵特性來實現理想的界面。
斯坦福大學鮑哲南和崔屹團隊將所有這些期望的特性整合到一個單一的矩陣，即動態單離子導電網絡（DSN），作為一個多功能的人工SEI。DSN將四面體Al(OR)4? （R=軟氟化連接器）中心合并為動態鍵基序和反陰離子，賦予其流動性和Li+單離子導電性。同時，氟化連接體提供鏈流動性和電解質阻塞能力。研究發現，溶液處理的DSN涂層可同時阻止電解質滲透，減輕鋰與電解質之間的副反應，維持低界面阻抗，并允許均勻的鋰沉積。采用該涂層，鋰金屬電池在市售碳酸鹽電解液中的循環壽命長，庫侖效率高。
Yu, Z.; Mackanic, D. G.; Michaels, W.; Lee, M.; Pei, A.; Feng, D.; Zhang, Q.; Tsao, Y.; Amanchukwu, C. V.; Yan, X.; Wang, H.; Chen, S.; Liu, K.; Kang, J.; Qin, J.; Cui, Y.; Bao, Z., A Dynamic, Electrolyte-Blocking, and Single-Ion-Conductive Network for Stable Lithium-Metal Anodes. Joule 2019.
DOI：10.1016/j.joule.2019.07.025
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435119303691
17. Joule：電動汽車用鋰離子電池數據驅動安全殼
在電動汽車的事故場景中，電池組會受到災難性的損壞，從而導致短路、熱失控以及可能發生的火災和爆炸。因此，重要的是要研究每個單獨單元的安全操作得到充分控制的條件范圍，即所謂的“安全包絡線”。開發這樣一個安全信封的最大挑戰在于獲取電池故障測試的大型數據庫。
清華大學Yong Xia與麻省理工學院Juner Zhu團隊克服了這一挑戰，建立了一個高精度的詳細的鋰離子囊電池計算模型，其中所有的組成材料都具有良好的校準本構模型。對極限機械載荷條件下的大矩陣進行了仿真，利用機器學習算法得到了數據驅動的安全包絡。這項工作是將數值數據生成與數據驅動建模相結合，預測儲能系統安全性的一個示范。
Li, W.; Zhu, J.; Xia, Y.; Gorji, M. B.; Wierzbicki, T., Data-Driven Safety Envelope of Lithium-Ion Batteries for Electric Vehicles. Joule 2019.
DOI：10.1016/j.joule.2019.07.026
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435119303708
