電池周刊20190422-0428目錄：

一：固態(tài)電解質(zhì)界面

二：鋰/鈉離子電池

三：鋰-硫電池

四：堿金屬負(fù)極

五：金屬-空氣電池

一：固態(tài)電解質(zhì)界面

20190422 Joule：氮化硼基納米復(fù)合涂層穩(wěn)定鋰金屬電池固態(tài)電解質(zhì)-負(fù)極界面

固態(tài)鋰金屬電池中，由于各種高性能和低成本的固體電解質(zhì)與Li不相容，嚴(yán)重影響電池的能量密度。哥倫比亞大學(xué)Yuan Yang和美國(guó)Amprius Inc.的Kai Yan團(tuán)隊(duì)通過(guò)CVD沉積小于10nm的化學(xué)惰性和力學(xué)強(qiáng)度的氮化硼（BN）薄膜作為界面保護(hù)，以防止Li還原Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃ (LATP)固體電解質(zhì)，通過(guò)原位TEM分析了LATP的失效機(jī)理和BN的保護(hù)作用。當(dāng)在Li/BN界面處與~1-2 μm聚合物電解質(zhì)PEO結(jié)合時(shí)，Li/Li對(duì)稱電池在0.3 mA·cm^-2下顯示出超過(guò)500小時(shí)的循環(huán)壽命。相比之下，相同配置的裸露LATP在81 h后會(huì)死亡。LiFePO₄/LATP/BN/PEO/Li固態(tài)電池在500次循環(huán)后顯示出96.6％的高容量保持率。

Qian Cheng, Aijun Li, Na Li, Dong Su, Kai Yan, Yuan Yang, et al., Stabilizing Solid Electrolyte-Anode Interface in Li-Metal Batteries by Boron Nitride-Based Nanocomposite Coating, Joule, 2019.

DOI: 10.1016/j.joule.2019.03.022

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30162-X#%20

20190426邵宗平EES綜述：固態(tài)鋰離子電池人工緩沖層改性電極-電解質(zhì)界面的最新進(jìn)展

電極材料和固體電解質(zhì)之間的界面相容性差（物理和化學(xué)）嚴(yán)重阻礙了固態(tài)鋰離子電池（SSB）的實(shí)際應(yīng)用。因此人們提出了人工緩沖層（ABL）的制造，并且認(rèn)為它是克服SSB界面問(wèn)題的有效方法。

南京工業(yè)大學(xué)邵宗平課題組全面總結(jié)了SSB中界面工程和相關(guān)技術(shù)表征的最新進(jìn)展。首先，討論了SSB中與正極/固體電解質(zhì)和負(fù)極/固體電解質(zhì)界面穩(wěn)定性相關(guān)的關(guān)鍵問(wèn)題和挑戰(zhàn)。然后提出了最新的研究方法和策略，以提高依賴于ABL界面工程的SSB性能，并全面總結(jié)了原位和非原位界面觀測(cè)和分析的表征策略。最后，強(qiáng)調(diào)了與電極-電解質(zhì)界面相關(guān)的關(guān)鍵問(wèn)題，并提出了關(guān)于高質(zhì)量緩沖層開(kāi)發(fā)的觀點(diǎn)。

Mingjie Du, Kaiming Liao, Qian Lu, Zongping Shao, Recent advances in the interface engineering of solid-state Li-ion batteries with artificial buffer layers: challenges, materials, construction, and characterization    . Energy Environmental Science, 2019.

DOI: 10.1039/C9EE00515C

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee00515c#!divAbstract

二：鋰/鈉離子電池

20190422 Nature Nanotech.：在層狀富鋰氧化物的體晶格中注入氧空位

通常認(rèn)為，在表面、界面和晶界上形成的缺陷是從塊狀晶格內(nèi)部向外而來(lái)的。而西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Chongmin Wang?、Pengfei Yan和北京航空航天大學(xué)Li-Min Liu團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種逆過(guò)程，在顆粒表面產(chǎn)生的缺陷被連續(xù)地注入體晶格中。研究者詳細(xì)描述了在高截止電壓下由于觸發(fā)了陰離子氧化還原導(dǎo)致層狀富鋰過(guò)渡金屬氧化物（LTMO）正極材料循環(huán)期間晶格的演變，使用聚焦離子束技術(shù)（FIB）制備橫截面TEM樣品，以捕獲LTMO正極顆粒隨著電池循環(huán)的表面和內(nèi)部的變化。圖像顯示，在電池循環(huán)時(shí)，氧空位的形成和晶格轉(zhuǎn)變是從顆粒表面開(kāi)始并逐漸向中心傳播。計(jì)算模擬表明，觸發(fā)陰離子氧化還原過(guò)程導(dǎo)致氧空位的形成能和氧化氧離子的擴(kuò)散勢(shì)壘的降低，因此促進(jìn)氧空位向內(nèi)遷移。

Pengfei Yan, Jianming Zheng, Zhen-Kun Tang, Arun Devaraj, Guoying Chen, Khalil Amine, Ji-Guang Zhang, Li-Min Liu, Chongmin Wang, Injection of oxygen vacancies in the bulk lattice of layered cathodes. Nature Nanotechnology, 2019.

DOI: 10.1038/s41565-019-0428-8

https://www.nature.com/articles/s41565-019-0428-8

20190423 AM綜述：富Ni和富Li層狀氧化物正極材料中降解行為的形成

NCM型的富Ni和富鋰層狀氧化物由于具有不同的穩(wěn)定性問(wèn)題導(dǎo)致壽命有限。在連續(xù)循環(huán)期間，尤其是電子和晶體結(jié)構(gòu)遭受各種變化，最終導(dǎo)致疲勞和降解。卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT) Helmut Ehrenberg和Jürgen Janek團(tuán)隊(duì)對(duì)上述提到的不同材料進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，之后的主要目的是為了更好地了解這些層狀過(guò)渡金屬氧化物中發(fā)生的降解過(guò)程。通過(guò)最先進(jìn)的分析技術(shù)，在不同尺度范圍內(nèi)分析化學(xué)成分對(duì)電池化學(xué)、電化學(xué)和循環(huán)穩(wěn)定性的影響，從根本上表征疲勞機(jī)制形成的過(guò)程。

Lea de Biasi, Bj?rn Schwarz, Torsten Brezesinski, Pascal Hartmann, Jürgen Janek, Helmut Ehrenberg, Chemical, Structural, and Electronic Aspects of Formation and Degradation Behavior on Different Length Scales of Ni‐Rich NCM and Li‐Rich HE‐NCM Cathode Materials in Li‐Ion Batteries. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201900985

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201900985

20190423 AM綜述：碳納米材料的電化學(xué)貯鈉和捕獲的合理設(shè)計(jì)

韓國(guó)成均館大學(xué)（SKKU）Ho Seok Park和Jun Young Lee團(tuán)隊(duì)全面回顧了碳材料用于鈉離子電池（SIB）、鈉離子電容器（SIC）和電容去離子（CDI）的結(jié)構(gòu)和化學(xué)的合理設(shè)計(jì)。碳材料的類型分為有序碳、無(wú)序碳以及納米多孔碳，并講述了合成參數(shù)對(duì)這些碳材料的結(jié)構(gòu)/化學(xué)的影響。這些碳材料的鈉儲(chǔ)存機(jī)制和性能與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)/化學(xué)因素相關(guān)，包括層間距、微晶尺寸、多孔特征、微/納米結(jié)構(gòu)、形態(tài)、表面化學(xué)和雜原子的摻雜。最后，作者對(duì)實(shí)際SIB、SIC和CDI發(fā)展的當(dāng)前障礙和未來(lái)研究方向提出了自己的觀點(diǎn)。

Jiyoung Kim, Min Sung Choi, Kang Ho Shin, Manikantan Kota, Yingbo Kang, Soojung Lee, Jun Young Lee, Ho Seok Park, Rational Design of Carbon Nanomaterials for Electrochemical Sodium Storage and Capture. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201803444

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201803444

20190425 ACS Nano：MOF合成具有相界的雙金屬硒化物用于儲(chǔ)鈉和OER反應(yīng)

目前兩相或多相化合物在能量應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，然而，對(duì)雙金屬化合物中高活性相界的機(jī)理研究，特別是在性能改進(jìn)方面仍然是個(gè)謎。

中南大學(xué)梁叔全、周江和雷永鵬團(tuán)隊(duì)通過(guò)雙金屬硒化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)（CoSe₂/ZnSe）納米薄片揭示了其優(yōu)越電化學(xué)性能背后的基本機(jī)制-相界效應(yīng)，驗(yàn)證了CoSe₂和ZnSe晶疇之間具有晶格畸變的相界。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和DFT得出當(dāng)電子在異質(zhì)界面處從CoSe₂側(cè)轉(zhuǎn)移到ZnSe側(cè)時(shí)，相界面電荷的重新分布。通過(guò)Na+吸附能的計(jì)算證明，ZnSe側(cè)具有高電子密度的相界更有利于Na+的吸附，從而加速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。TEM和原位XRD表明該納米薄片在SIB中表現(xiàn)出多步氧化還原反應(yīng)機(jī)理，可有效緩解Na+插入的應(yīng)力，從而增強(qiáng)了反應(yīng)的可逆性。此外，該材料還具有優(yōu)異的OER活性。

驗(yàn)證：1）SIB中，CoZn-Se表現(xiàn)出更高的Na+擴(kuò)散系數(shù)，高倍率和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（4000個(gè)循環(huán)）。Na₃V₂(PO₄)₃‖CoZn-Se全電池具有出色的鈉儲(chǔ)存能力，具有極佳的循環(huán)穩(wěn)定性（高達(dá)800次循環(huán)）。2）CoZn-Se還具有良好的OER活性，在1M KOH中具有320 mV的小過(guò)電位，達(dá)到10 mA cm^-2，并具有出色的穩(wěn)定性（15 h或2000 個(gè)CV循環(huán)）。

Guozhao Fang, Qichen Wang, Jiang Zhou, Yongpeng Lei, Zixian Chen, Ziqing Wang,Anqiang Pan, Shuquan Liang, Metal Organic Framework-Templated Synthesis of Bimetallic Selenides with Rich Phase Boundaries for Sodium-Ion Storage and Oxygen Evolution Reaction, ACS NANO, 2019.

DOI: 10.1021/acsnano.9b00816

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.9b00816

三：鋰-硫電池

20190422 Nano Lett.：原位生成Li₂S-C納米復(fù)合材料用于超高面載量的全固態(tài)鋰硫電池

全固態(tài)鋰硫電池（ASSLSB）由于能夠消除Li-S電池的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題（穿梭效應(yīng)和安全性），在過(guò)去的十年中，已取得了顯著的進(jìn)展。然而，由于S和Li₂S的絕緣性質(zhì)以及循環(huán)期間的大體積變化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)活性材料的高面負(fù)載和高利用率仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

廈門大學(xué)楊勇和龔正良團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種獨(dú)特的Li₂S@C納米復(fù)合材料作為正極，通過(guò)燃燒鋰金屬與CS₂，導(dǎo)電碳和Li₂S納米晶同時(shí)產(chǎn)生，從而形成碳包裹的納米級(jí)Li₂S顆粒，然后將Li₂S@C納米復(fù)合材料、硫化物電解質(zhì)Li₇P₃S₁₁（LPS）和乙炔黑（AB）球磨混合，來(lái)形成混合的離子和電子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。原位形成的碳基質(zhì)可以緊密地包裹在Li₂S納米顆粒上，這不僅顯著地提高了電子傳導(dǎo)性，而且有效地抑制了Li₂S的團(tuán)聚，并適應(yīng)了循環(huán)過(guò)程中Li₂S的大體積變化。同時(shí)，納米尺寸的Li₂S顆粒可以縮短Li離子的擴(kuò)散路徑并減輕鋰化/脫鋰時(shí)的應(yīng)力。此外，通過(guò)球磨形成的均勻分布的離子和電子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)了納米級(jí)滲透網(wǎng)絡(luò)的形成，從而增加電化學(xué)活性表面積。因此，具有非常高的Li₂S面載量（7 mg cm^-2）的Li₂S@C納米復(fù)合正極具有91％的Li₂S利用率（相當(dāng)于1067 mAh g^-1的可逆容量），表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能：高比容量、良好的倍率性能以及出色的循環(huán)性能。

Hefeng Yan, Hongchun Wang, Donghao Wang, Xue Li, Zhengliang Gong, Yong Yang, In-situ generated Li2S-C nanocomposite for High-Capacity and Long-Life All-Solid-State Lithium Sulfur Batteries with Ultrahigh Areal Mass Loading. Nano Letters, 2019.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b00882

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.9b00882

四：堿金屬負(fù)極

20190426余桂華EES：與液態(tài)Na-K相關(guān)的石墨插層化合物用于堿金屬負(fù)極

具有高理論容量和低氧化還原電位的堿金屬負(fù)極（Li，Na，K）非常有希望用于實(shí)現(xiàn)高能量密度可充電電池。盡管在Li-金屬中已經(jīng)做出了大量的努力，但枝晶生長(zhǎng)以及嚴(yán)重的界面問(wèn)題仍然是堿金屬電池（AMB）的基本挑戰(zhàn)。

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校余桂華課題組報(bào)道了將原位形成的石墨插層化合物（GIC）框架與液態(tài)Na-K合金電極相結(jié)合，使其成為在高電流密度和高容量下可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地剝離/沉積的堿金屬負(fù)極。合成方法是在室溫下進(jìn)行的，由于鉀在碳纖維基質(zhì)中的擴(kuò)散速度比鈉快得多，從而形成GIC（KC8）的骨架，進(jìn)而可以提高潤(rùn)濕性，以誘導(dǎo)Na-K合金的注入，最后形成均勻電極。液態(tài)合金的自愈合和高表面張力以及由GIC網(wǎng)絡(luò)支持的快速電子和質(zhì)量傳輸?shù)膮f(xié)同作用，使得Na-K復(fù)合電極非常穩(wěn)定，合成的NaK-GIC-碳（NaK-GC）電極的對(duì)稱電池能夠在20mA cm^-2下維持5000小時(shí)的連續(xù)穩(wěn)定剝離/沉積。此外，在液態(tài)Na-K負(fù)極和K雙（氟磺酰基）酰亞胺（KFSI）-EC / DEC電解質(zhì)之間實(shí)現(xiàn)了與氟化物組分的穩(wěn)健界面。

Leyuan Zhang, Sangshan Peng, Yu Ding, Xuelin Guo, Yumin Qian, Hugo Celio, Gaohong He, Guihua Yu, Graphite Intercalation Compound Associated with Liquid Na-K Towards Ultra-Stable and High-Capacity Alkali Metal Anodes. Energy Environmental Science, 2019.

DOI: 10.1039/C9EE00437H

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee00437h#!divAbstract

五：金屬-空氣電池

20190418 Angew.：界面協(xié)調(diào)耦合缺陷工程助力工作溫度廣的便攜式鋅空氣電池

蘭州大學(xué)Pinxian Xi團(tuán)隊(duì)通過(guò)除氧/再摻雜策略將界面效應(yīng)引入非貴金屬Ni-Co-O體系，在NiO / CoO過(guò)渡界面納米線（TINW）中形成豐富的過(guò)渡界面，這些具有配位缺陷的特殊界面可被視為加速OER/ORR反應(yīng)的主要活性位點(diǎn)。DFT計(jì)算表明超高電子傳遞速率源自于富含電子的界面區(qū)域，其能夠引起克服強(qiáng)電子傳遞的庫(kù)侖勢(shì)壘。這種效應(yīng)通過(guò)Ni-Ni或Co-Co配位缺陷的d-d偶聯(lián)，導(dǎo)致進(jìn)一步接近t_2g-e_g電子轉(zhuǎn)移的費(fèi)米能級(jí)（E_F）。由于富含電子的界面區(qū)域與配位缺陷位點(diǎn)的耦合，賦予了快速的氧化還原速率，較低的活化勢(shì)壘能夠?qū)崿F(xiàn)快速的電子轉(zhuǎn)移，致使優(yōu)異的OER / ORR性能。當(dāng)組裝成空氣電極時(shí)，NiO/CoO TINW具有842.58 mAh g_Zn^-1的高比容量，996.44 Wh kg _Zn^-1的高能量密度，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性超過(guò)33 h（25 ℃），并且在低溫（-10 ℃）和高溫（80℃）下具有卓越的性能。

Li An, Bolong Huang, Yu Zhang, Rui Wang, Nan Zhang, Tengyuan Dai, Pinxian Xi, Chun-Hua Yan, Interfacial Coordinational Coupled Defect Engineering Boosted Portable Zinc‐Air Battery with Broad Work Temperature. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201903879

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201903879