1. Nature Energy：富LiF固體-電解質(zhì)界面可用于高性能電池超細合金負極
具有Si，Al或Bi微米（超過10 μm）微粒負極的鋰電池具有高容量，易于生產(chǎn)，低成本和低環(huán)境影響的優(yōu)點，但它們也具有快速降解和庫侖效率低的缺點。有鑒于此，馬里蘭大學(xué)王春生教授，美國陸軍研究實驗室Oleg Borodin報道了通過合理設(shè)計的電解質(zhì)（在四氫呋喃和2-甲基四氫呋喃的1：1 v/v混合物中的2.0 M LiPF6）可以進行100次充滿完整電池的循環(huán)，該電池由帶有商用LiFePO4和LiNi0.8的超細Si，Al及Bi負極和Co0.15Al0.05O正極組成。
文章要點：
1）與合金材料接觸的SEI內(nèi)層是純無機材料，與鋰化合金的界面能高，機械強度高，以適應(yīng)合金負極的大體積變化。同時，該電解質(zhì)能夠在微型合金負極上選擇性地形成這樣的LiF-有機雙層SEI，從而使SiMPs，AlMPs和BiMPs在SEI殼內(nèi)進行彈性和塑性變形。
2）電解質(zhì)中的SiMPs在400多個循環(huán)中具有2800 mAh g-1和5.6 mAh cm-2的高容量，初始CE為91％，循環(huán)CE超過 99.9％。SiMP//LFP全電池在大于2.0 mAh cm-2的實際容量下，具有接近100％的高循環(huán)CE，循環(huán)壽命超過 100次。AlMP//LFP，BiMP//LFP和SiMP//NCA全電池的初始循環(huán)也顯示出穩(wěn)定且優(yōu)異的性能。
3）通過形成高模量的LiF-有機雙層界面，可以促進電極材料性能，其中LiF與合金負極具有很高的界面能，以適應(yīng)鋰合金在循環(huán)過程中的塑性變形。
這項工作為當前的電池技術(shù)提供了一種簡單而實用的解決方案，而無需任何粘合劑的修改或特殊的制造方法。
Chen, J., Fan, X., Li, Q. et al. Electrolyte design for LiF-rich solid–electrolyte interfaces to enable high-performance microsized alloy anodes for batteries. Nat Energy (2020).
DOI：10.1038/s41560-020-0601-1
https://doi.org/10.1038/s41560-020-0601-1
2. JACS：結(jié)構(gòu)和界面設(shè)計實現(xiàn)穩(wěn)定的富鋰正極
分層富鋰氧化物正極在所有插入式正極中具有最高的理論能量密度，可用于高能鋰離子電池。但是，由于O3結(jié)構(gòu)的層狀氧化物正極的初始庫侖效率（CE）低，連續(xù)釋放氧氣，造成嚴重的電壓衰減和差的循環(huán)穩(wěn)定性，以及不可逆的過渡金屬遷移引起的結(jié)構(gòu)重排和脫鋰的正極和電解質(zhì)之間的嚴重副反應(yīng)。因此嚴重限制了其實際應(yīng)用。
有鑒于此，為解決上述問題，馬里蘭大學(xué)王春生教授，布魯克海文國家實驗室Enyuan Hu報道了穩(wěn)定的O2結(jié)構(gòu)的Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2（O2-LR-NCM）和全氟化電解質(zhì)。
文章要點：
1）研究人員首先，通過共沉淀反應(yīng)制備Ni0.13Co0.13Mn0.54(CO3)0.8（NCM-CO3）的第一步，之后，將NCM-CO3與Na2CO3和Li2CO3的混合物退火以制備Na5/6Li1/4(Ni0.13Co0.13Mn0.54)3/4Ox（Li，Na-NCM-O ），可以索引為P2型Na2Mn3O7結(jié)構(gòu)。然后，將Li，Na-NCM-O浸入LiNO3/LiCl（88∶12，w/w）的熔融鹽混合物中以進行離子交換過程，所得產(chǎn)品為O2-LR-NCM。
2）O2-LR-NCM可以有效地限制過渡金屬遷移到Li層和O2-LR-NCM表面上原位形成的氟化陰極電解質(zhì)中間相（CEI），防止其在初始循環(huán)中全氟化電解質(zhì)的分解。抑制結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，抑制析氧，從而保護過渡金屬氧化還原對，以實現(xiàn)高度可逆和穩(wěn)定的氧化還原反應(yīng)。
2）所有氟化電解質(zhì)中的O2-LR-NCM均可實現(xiàn)99.82％的高初始CE，循環(huán)CE超過99.9％，高可逆容量達到278 mAh/g和100次循環(huán)后具有高容量保持率（83.3％）。
該研究表明，電解質(zhì)和正極結(jié)構(gòu)的協(xié)同設(shè)計是穩(wěn)定高能正極的有效途徑。
Chunyu Cui, et al, Structure and Interface Design Enable Stable Li-Rich Cathode, J. Am. Chem. Soc., 2020
DOI: 10.1021/jacs.0c02302
https://doi.org/10.1021/jacs.0c02302
3. JACS: 高界面能界面助力安全鋰金屬電池
構(gòu)建穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）對于抑制金屬鋰枝晶的生長十分重要。然而，由于電化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性，通過調(diào)控電解液組分來形成特定的SEI膜比較困難。近日，美國人斯里爾理工大學(xué)的Fudong Han與馬里蘭大學(xué)的王春生教授以及浙江大學(xué)涂江平教授等擺脫了傳統(tǒng)的電解液組分不斷試錯構(gòu)建SEI膜的方法，利用Li含量11%的Li-Sr合金負極在全氟電解液中構(gòu)建了富含SrF2的穩(wěn)定固態(tài)電解質(zhì)界面。
本文要點：
1）研究人員利用理論計算和實驗表征等手段發(fā)現(xiàn)，富含SrF2的固態(tài)電解質(zhì)界面對于金屬鋰有著較高的界面能和較大的機械強度，因此能夠通過促進沉積鋰金屬的橫向生長和提高SEI膜的穩(wěn)定性來抑制枝晶生長。
2）在2M LiFSI-DME的電解液中，Li-Sr//Cu半電池在1mA/cm2的電流密度和1mAh/cm2的容量下的庫倫效率高達99.42%，在3mA/cm2的電流密度和2mAh/cm2的容量下的庫倫效率高達98.95%。Li-Sr//Li-Sr對稱電池在30mA/cm2的超高電流密度和1mAh/cm2的容量下也能夠保持穩(wěn)定的金屬鋰沉積-剝離循環(huán)超過180h。
3）研究人員將復(fù)合負極與LiFePO4正極和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正極匹配得到的全電池在不同的電解液中的電化學(xué)性能也十分穩(wěn)定。該工作為調(diào)控金屬鋰負極的組分構(gòu)建特定SEI膜開辟了道路。
Sufu Liu, Fudong Han, Jiangping Tu, Chunsheng Wang et al, High Interfacial-Energy Interphase Promoting Safe Lithium Metal Batteries, JACS, 2020
Doi：10.1021/jacs.9b11750
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b11750
4. Nano Energy：P2型層狀鈉離子氧化物中的陽離子和陰離子氧化還原反應(yīng)研究
對高比能鈉離子電池的需求促進了對層狀過渡金屬氧化物正極中高能氧氧化還原化學(xué)反應(yīng)過程的深入研究。但是，大多數(shù)帶有氧還原反應(yīng)的層狀正極可能會產(chǎn)生不可逆的電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致容量的快速衰減和潛在的O2釋放。近日，美國馬里蘭大學(xué)王春生教授等人報道了具有強電負性的銅元素可以穩(wěn)定缺鈉的P2-Na2/3Mn0.72Cu0.22Mg0.06O2相，從而實現(xiàn)陽離子和陰離子氧化還原化學(xué)。
本文要點：
1）硬X射線和軟X射線吸收光譜表明，所有的Mn3+/Mn4+，Cu2+/Cu3+和O2-/（O2）n-在鈉離子脫出和插入后均參與氧化還原反應(yīng)。密度泛函理論（DFT）計算證實，銅和氧之間的強共價性確保了P2-Na2/3Mn0.72Cu0.22Mg0.06O2相中的陽離子和陰離子氧化還原活性。
2）P2-Na2/3Mn0.72Cu0.22Mg0.06O2正極表現(xiàn)出穩(wěn)定的循環(huán)壽命，在1C的倍率下循環(huán)100圈的容量保持率為87.9％，以及高倍率性能（在10C循環(huán)時為70.3 mA h g-1）。
3）他們的發(fā)現(xiàn)不僅為提高基于陰離子氧化還原活性的層狀氧化物的電化學(xué)性能提供了指導(dǎo)方針，而且還探索了氧氧化還原工藝背后的潛在科學(xué)原理。
Peng-FeiWang, YaoXiao, NanPiao, Qin-ChaoWang, XiaoJi, TingJin, Yu-JieGuo, SufuLiu, TaoDeng, ChunyuCui, LongChen, Yu-GuoGuo, Xiao-QingYang, Chunsheng Wang, Both Cationic and Anionic Redox Chemistry in a P2-Type Sodium Layered Oxide, Nano Energy 2020
DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.104474
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104474
5. AM：調(diào)整石榴石基固態(tài)鋰電池負極-電解液界面化學(xué)
金屬鋰(Li)是一種極有前途的高能量密度固態(tài)電池負極材料。然而，界面問題，包括較大的界面電阻和鋰枝晶的產(chǎn)生，一直阻礙著固態(tài)鋰金屬電池(SSLB)的商業(yè)。有鑒于此，馬里蘭大學(xué)王春生教授，太平洋西北國家實驗室張繼光教授報道了一種新型的LPO@LLZTO復(fù)合材料，解決了鋰金屬負極與石榴石型LLZTO固體電解質(zhì)之間最具挑戰(zhàn)性的界面問題。
文章要點：
1）通過原子層沉積(ALD)和簡單的退火過程在GSE表面涂覆一層薄薄的固體電解質(zhì)Li3PO4(LPO)。具有超薄LPO-ALD涂層的LLZTO球團在燒結(jié)后呈現(xiàn)連續(xù)的LPO相注入，同時在球團上保持空氣穩(wěn)定且均勻的LPO層，保護了GSES不形會成H+/Li+交換/鈍化膜。結(jié)果表明，LPO@LLZTO在對稱鋰電池結(jié)構(gòu)下，即使在1.0 mA cm-2的大電流密度下，其鋰負極的界面電阻ASR也可以忽略不計，且循環(huán)時間超過180 h。在RT條件下，LPO@LLZO的CCD值達到了創(chuàng)紀錄的2.2mA cm?2，滿足了固態(tài)電池的實際要求?；?/span>Li/LPO@LLZTO界面工程的固態(tài)鋰金屬電池具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
2）LPO@LLZTO性能的顯著提高可以歸因于三個方面：（1)平坦的LPO頂層能夠與Li負極共形接觸，導(dǎo)致均勻的鍍鋰/剝離；（2)注入的LPO填補了表面缺陷，同時提高了互連晶界結(jié)構(gòu)的機械強度和鋰離子導(dǎo)電性；（3)形成了電子導(dǎo)電性可以忽略的富Li2O、Li3P的SEI，而鋰離子導(dǎo)電性很高。
這種界面工程方法與GSE的晶界修飾相結(jié)合，是一種有效的改進SSLBs負極-電解質(zhì)界面化學(xué)的策略，也為其他類型的固態(tài)電池提供了一種新的設(shè)計策略。
Tao Deng, et al, Tuning the Anode–Electrolyte Interface Chemistry for Garnet-Based Solid-State Li Metal Batteries, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202000030
https://doi.org/10.1002/adma.202000030
6. Nano Today：室溫全固態(tài)鈉硫電池的生物啟發(fā)性納米級電子/離子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)
具有納米級電子/離子網(wǎng)絡(luò)的硫正極對于全固態(tài)Na/S電池實現(xiàn)高能量密度和長循環(huán)壽命至關(guān)重要。然而，使用機械研磨或液相反應(yīng)方法制造這種結(jié)構(gòu)具有很大的困難。有鑒于此，中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所姚霞銀研究員，馬里蘭大學(xué)王春生教授報道了通過將液相反應(yīng)和機械研磨相結(jié)合，制造了具有微尺度分布初級電子/離子通道和納米級的次級局部通道的S-Na3SbS4-C正極。
文章要點：
1）通過液相反應(yīng)合成具有納米級離子傳導(dǎo)通道的S-Na3SbS4復(fù)合材料，然后進行球磨工藝。用XRD和拉曼光譜研究了合成過程中S-Na3SbS4的形成機理。首先，將摩爾比為3：1：2的Na2S，Sb2S3和S混合在乙腈中制備Na3SbS4前體。然后，在50°C攪拌不同時間后，將前體溶液蒸餾并在80°C進一步干燥12小時以除去殘留的溶劑。為了形成S-Na3SbS4活性材料-電解質(zhì)復(fù)合材料，研究人員將活性材料添加到形成的電解質(zhì)前體（Sb2S3和多硫化鈉）中，然后將球磨應(yīng)用于混合物。在球磨過程中，Sb2S3和多硫化鈉反應(yīng)原位形成Na3SbS4電解質(zhì)，從而形成S-Na3SbS4復(fù)合物。而如果直接將Na2S，Sb2S3，Selectrolyte和Sactive材料的混合物一起球磨，則所得復(fù)合材料中始終存在雜質(zhì)。因此，液相和球磨兩步反應(yīng)對于合成S-Na3SbS4復(fù)合材料至關(guān)重要。
2）在S-Na3SbS4復(fù)合材料中，原位形成了納米尺度的離子傳導(dǎo)途徑。但是，不存在電子傳導(dǎo)，這將限制所制備復(fù)合材料的電化學(xué)性能。因此，研究人員將碳進一步引入復(fù)合正極以構(gòu)建電子網(wǎng)絡(luò)。將活性物質(zhì)，Na3SbS4電解質(zhì)前體和重量比為1.2：2.0：0.4的Super P球磨后，得到S-Na3SbS4-C復(fù)合材料（S1.2E2.0C0.4）。 SxEyCz中的x，y，z表示活性材料，Na3SbS4電解質(zhì)前體和Super P的重量比。
3）SEM圖像表明硫，Super P和Na3SbS4電解質(zhì)混合在一起形成次級顆粒。TEM和HRTEM進一步分析了S1.2E2.0C0.4復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)。其粒徑約200 nm且均勻分布而無聚集現(xiàn)象，這與SEM相符。STEM圖像證實元素硫，碳，鈉和銻在復(fù)合物中完全重疊，表明在硫/碳/ Na3SbS4電解質(zhì)之間形成了緊密的三相接觸。因此，S-Na3SbS4-C復(fù)合材料中的所有碳，硫和Na3SbS4組分相互連接，形成一個集成的離子/電子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，具有8.5×10-3 S cm-1的高電子電導(dǎo)率。
4）具有3D分布的初級和次級離子/電子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的S-Na3SbS4-C納米復(fù)合正極在50 mA g-1時可提供1504.3 mAh g-1的高初始放電容量，室溫下的庫侖效率為98.5％。同時，S-Na3SbS4-C/Na電池在電流密度分別為50、100、200、300、500、1000和2000 mA g-1時的容量分別為1386.3、1324.1、1150.8、893.4、825.6、771.2和662.3 mAh g-1，表現(xiàn)出出色的速率能力。即使在6.34和12.74 mg cm-2的超高正極負載下，S-Na3SbS4-C/Na電池在100 mA g-1時仍可分別提供742.9和465.6 mAh g-1的可逆放電比容量。S-Na3SbS4-C/Na電池報道了迄今為止，室溫全固態(tài)鈉硫電池的最佳速率性能之一。
這項工作為設(shè)計用于高性能室溫全固態(tài)鈉硫電池的混合導(dǎo)電復(fù)合正極提供了一種簡單的策略。
Hongli Wan, et al, Bio-inspired Nanoscaled Electronic/Ionic Conduction Networks for Room-Temperature All-Solid-State Sodium-Sulfur Battery, Nano Today, 2020,
DOI：10.1016/j.nantod.2020.100860.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S174801322030027X
7. Nano Letters：鋰金屬電池?zé)o機人工SEI的自調(diào)控現(xiàn)象
固態(tài)電解質(zhì)中間相（SEI）對于抑制高能鋰金屬（LiM）電池中的Li枝晶生長至關(guān)重要。不幸的是，碳酸鹽電解質(zhì)中LiM負極表面上自然形成的SEI無法抑制Li枝晶，導(dǎo)致循環(huán)過程中電解質(zhì)和LiM的持續(xù)消耗。人工SEI通常缺乏自我修復(fù)和自我調(diào)節(jié)能力，在電池循環(huán)過程中會逐漸失去有效性。
有鑒于此，南方科技大學(xué)趙予生教授，鄧永紅副教授，加拿大阿爾伯塔大學(xué)曾宏波教授，馬里蘭大學(xué)王春生教授首次報道了超離子導(dǎo)電富鋰抗鈣鈦礦（LiRAP）的自調(diào)節(jié)現(xiàn)象，這是首次用于抑制LiM枝晶生長的人工SEI。
文章要點：
1）研究人員通過原位形成LiRAP，并且同時在340 ℃的高溫下以熔融狀態(tài)被涂覆在銅箔的表面上。通過調(diào)節(jié)涂布棒的高度來控制其厚度。LiRAP涂層工藝具有可擴展性，可以適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)。具有高Li離子電導(dǎo)率的薄層（<1 μm）LiRAP被均勻地涂覆在用作人造SEI（ASEI）的Cu表面上。LiRAP/LiM/Cu的冷凍TEM觀察到了緊湊的納米晶體結(jié)構(gòu)，納米晶體的大小為2?5 nm。
2）研究人員通過原位OM和COMSOL仿真證明了LiRAP-ASEI的自我調(diào)節(jié)能力，表明其作為抑制LiM枝晶生長的優(yōu)良自適應(yīng)界面層的潛力。此外，經(jīng)過長時間循環(huán)后，LiRAP-ASEI復(fù)合膜可作為超離子導(dǎo)電，化學(xué)穩(wěn)定且機械堅固的保護層，從而在長時間循環(huán)中為LiM陽極提供超高電流密度。
3）所構(gòu)建的LiRAP-ASEI/LiM/Cu||S@C電池在10 μl mAh-1電解質(zhì)中的電流密度高達11.5 mA cm-2的條件下可以穩(wěn)定運行3000次，并且僅顯示2.5倍過量的LiM。
該工作闡明了超薄無機固體電解質(zhì)ASEI的自調(diào)節(jié)現(xiàn)象，并揭示了其潛在的微觀機理，為無機固體電解質(zhì)作為LiM電池的ASEI商業(yè)化提供了廣闊的前景。
Bing Han, et al, Self-Regulated Phenomenon of Inorganic Artificial SEI for Lithium Metal Batteries, Nano Lett., 2020
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c01400
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c01400
8. Mater. Today：無鋰金屬鋰電池的電解質(zhì)設(shè)計
具有最負電化學(xué)勢和最高比容量（3860 mAh g-1）的鋰金屬是鋰電池負極的最終選擇。然而，對于無鋰（循環(huán)中的所有鋰金屬都來自正極，沒有負極預(yù)鋰化）鋰金屬電池來說，報道的最高鍍鋰/剝鋰庫侖效率（CE）為99.5%，仍然太低。較低的CE歸因于疏鋰銅集流體上不均勻的鋰電鍍/剝離，以及鋰枝晶在碳酸酯電解質(zhì)中通過親鋰的有機-無機固體電解質(zhì)間相（SEI）生長。有鑒于此，馬里蘭大學(xué)王春生與美國陸軍研究實驗室Oleg Borodin等人使用了一種親鋰鉍-石墨共混物（Bi-Gr）襯底來取代疏鋰銅集流體，以形成均勻的鋰成核，并形成了一種疏鋰富LiF的SEI，而不是親鋰富有機的SEI來抑制鋰枝晶的生長。
本文要點：
1）分子動力學(xué)模擬顯示，在四氫呋喃/2-甲基四氫呋喃（2.0 M LiPF6-mixTHF）電解質(zhì)中，2.0 M LiPF6中的陰離子優(yōu)先還原，從而在鍍Li上生成富LiF的SEI。Bi-Gr襯底和2.0 M LiPF6-mixTHF電解質(zhì)使Li負極在1.0 mAh cm-2的高容量和0.5 mA cm-2的電流密度下達到了創(chuàng)紀錄的高CE（99.83％）。
2）Bi顆粒用作分散的形核中心，促進均勻的Li沉積，并與基底具有強附著力，從而避免死Li的產(chǎn)生，即使在3.0 mA cm-2的高電流密度和3.0 mAh cm-2的高容量下，富含疏鋰LiF的SEI也會促進側(cè)面Li的生長并抑制垂直Li枝晶的生長。
3）Li形核和生長的調(diào)節(jié)使無Li金屬的LiFePO4全電池能夠在大于2.0 mAh cm-2的實際面容量下實現(xiàn)100個循環(huán)。這項工作強調(diào)了同時進行襯底設(shè)計以改善鋰離子成核和電解質(zhì)設(shè)計以促進疏鋰SEI生長的好處，從而實現(xiàn)了一種有前景且實用的無鋰金屬鋰電池。
Ji Chen, et al. Electrolyte design for Li metal-free Li batteries. Mater. Today 2020.
DOI: 10.1016/j.mattod.2020.04.004.
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2020.04.004
9. Nano Letters：用于快速充電和持久的可充電鎂存儲的共價有機框架
高安全性，低成本和高容量的可充電鎂電池（RMBs）是鋰離子電池的有效替代品。然而，RMBs缺乏高功率，高能量和穩(wěn)定的正極阻礙了它們的商業(yè)化。有鑒于此，馬里蘭大學(xué)王春生教授，武漢理工大學(xué)麥立強教授報道了對環(huán)境無害，低成本和可持續(xù)用于鎂儲存的共價有機骨架（COF）正極。
文章要點：
1）COF是由有機單體1,4-二氰基苯與ZnCl2在石英安瓿中于400°C加熱而合理聚合而成，ZnCl2充當微孔形成的反應(yīng)催化劑。COF材料是由具有二維（2D）分層結(jié)構(gòu)的苯環(huán)和三嗪環(huán)組成的多孔蜂窩聚合物。基于密度泛函理論（DFT）計算的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，顯示出1.39 nm的六角形微孔。TEM顯示COF材料具有層狀結(jié)構(gòu)。從片材邊緣觀察到的HRTEM圖像顯示，每個片材都是（001）取向片的堆積，層間間距約為3.4?。XRD顯示，COF是由芳環(huán)組成的短程有序骨架。
2）這種材料顯示出高功率密度（最高2.8 kW kg-1），高比能量密度（最高146 Wh kg-1）和長循環(huán)穩(wěn)定性，代表了迄今為止所有已報道的有機正極中最佳的電化學(xué)性能之一。
3）研究人員發(fā)現(xiàn)，其在0.5 C（1 C 為 114 mA h g-1）時具有102 mA h g-1的初始放電容量，并且當電流密度分別增加到2 C和10 C時仍保持70％和52％的容量。此外，在5 C的高速率下，可實現(xiàn)72 mAh g-1的可逆容量，在3000次循環(huán)中每個循環(huán)的緩慢容量衰減率為0.0196％，這是有機Mg電池最出色的循環(huán)穩(wěn)定性之一。
4）研究人員詳細的動力學(xué)分析進一步探索了電荷存儲的性質(zhì)。大多數(shù)RMBs都具有較大的電壓滯后和較低的可逆性。而基于COF的正極材料由于具有高電容貢獻的贗電容行為，因此顯示出快速的陽離子擴散，超穩(wěn)定的循環(huán)穩(wěn)定性和超高速率特性。綜合電化學(xué)分析表明，COF中的三嗪環(huán)位點是鎂離子可逆反應(yīng)的氧化還原中心。
Ruimin Sun, et al, A Covalent Organic Framework for Fast-Charge and Durable Rechargeable Mg Storage, Nano Lett., 2020
DOI：10.1021/acs.nanolett.0c01040
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c01040
10. ACS Energy Lett.：超高濃度！用于高能鋰離子電池的63 m超濃縮水系電解質(zhì)
鹽包水電解質(zhì)（WiSE）提供的電化學(xué)穩(wěn)定窗口比典型的水系電解質(zhì)要寬得多，但由于水分子會在Li+的初級溶劑化鞘層中富集，其在容納高能負極材料方面仍然存在不足。有鑒于此，馬里蘭大學(xué)王春生教授與美國陸軍研究實驗室許康研究員、Oleg Borodin合作，通過引入非Li鹽來改變Li+溶劑化鞘結(jié)構(gòu)，使LiTFSI的溶解度增加了兩倍，實現(xiàn)了一種鹽濃度高達63 m的超濃縮水系電解質(zhì)。
本文要點：
1）在WiSE電解質(zhì)中加入惰性陽離子，如不對稱銨鹽（Me3EtN·TFSI），可以使LiTFSI在水中的溶解度提高2倍，將鹽/水的摩爾比從0.37提高至前所未有的1.13，并顯著抑制了體電解質(zhì)和Li+溶劑化鞘中水的活性。
2）盡管這種新型的混合鹽包水（WIHS）電解質(zhì)濃度很高，包含63 m（42 m LiTFSI+21 m Me3EtN·TFSI）的鹽濃度，但仍保持著相對較高的離子電導(dǎo)率（0.91 mS cm?1）和低的粘度（407 mPa s），同時顯示出3.25 V的寬電化學(xué)穩(wěn)定窗口（正極1.75 V和負極5.0 V vs. Li+/Li）。
3）該電解質(zhì)在2.5 V的水系LIB全電池（LiMn2O4//Li4Ti5O12）中表現(xiàn)出良好的性能，其在1 C和0.2 C倍率下能夠提供145Wh kg?1的高能量密度，并穩(wěn)定運行150個循環(huán)。
除了在高能量存儲技術(shù)上的應(yīng)用外，混合鹽法還提出了一種新型的超濃縮電解質(zhì)，其未被探索的本體離子輸運、液體結(jié)構(gòu)、界面結(jié)構(gòu)和電極間的相間化學(xué)為物理化學(xué)和電化學(xué)提供了令人興奮的科學(xué)機遇。
Long Chen et al. A 63 m Super-concentrated Aqueous Electrolyte for High Energy Li-ion Batteries. ACS Energy Lett. 2020.
DOI: 10.1021/acsenergylett.0c00348
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c00348
11. AEM：用于鋰金屬電池的反溶劑電解質(zhì)
電動汽車和固定式儲能系統(tǒng)的飛速發(fā)展需要高能電池，而接近其理論比能量密度的傳統(tǒng)鋰離子電池（LIBs）無法滿足這種需求。鋰金屬負極具有超高的理論比容量（3860 mAh g-1）和最低的電化學(xué)電位[相對于標準氫電極（SHE）為-3.04 V]，被認為是下一代高能電池的理想負極。然而，鋰金屬電池（LMBs）中鋰枝晶的生長降低了鋰電鍍和剝離的庫侖效率（CE），并會引起安全問題。因此，開發(fā)同時具有高離子電導(dǎo)率、寬電化學(xué)窗口和鋰枝晶抑制能力的電解質(zhì)是高能LMBs的迫切需求。
在此，美國馬里蘭大學(xué)王春生教授與清華大學(xué)Xiangming He、Li Wang等人通過向LiFSI/DMC（雙氟磺酰亞胺鋰/碳酸二甲酯）電解質(zhì)中添加反溶劑，制備了反溶劑電解質(zhì)，反溶劑與鹽不混溶，但與碳酸鹽溶劑混溶。將電分析技術(shù)與分子動力學(xué)模擬相結(jié)合，研究了反溶劑電解質(zhì)的溶劑化結(jié)構(gòu)和獨特性能。引入反溶劑改變了鋰離子的配位殼層，增強了鋰離子與FSI?陰離子之間的相互作用，同時由于FSI?陰離子的擇優(yōu)還原，形成了富含LiF的固體電解質(zhì)中間相。值得注意的是，反溶劑電解質(zhì)可以抑制鋰枝晶的生長，在25 °C和60°C下，Li||NCM622電池在的4.6 V的高截止電壓下仍具有穩(wěn)定的循環(huán)性能。這項研究為理解和設(shè)計未來高能LMBs的電解質(zhì)提供了一條途徑。
Nan Piao, Xiao Ji, Hong Xu, Xiulin Fan, Long Chen, Sufu Liu, Mounesha N. Garaga, Steven G. Greenbaum, Li Wang, Chunsheng Wang, Xiangming He. Countersolvent Electrolytes for Lithium-Metal Batteries. Adv. Energy Mater. 2020, 1903568.
DOI: 10.1002/aenm.201903568.
https://doi.org/10.1002/aenm.201903568
