此外，基于高负载的LCO（≈3.5 mAh cm−2）的高压LMB即使在低N/P比（2.5）、宽温度范围内（45、25和-20 °C）仍表现出优异的循环稳定性。此外，该q-LHCE使得石墨|LCO小软包电池能够以83.5%的容量保持率运行500次以上，甚至在5.0V的超高截止电压下，Li||LiNi0.5Mn1.5O4 电池仍具有较长循环寿命。总之，该种电解质设计策略为实用高能二次电池系统的突破带来了巨大的希望。
图2. 不同电解质的高压电化学性能
Quasi-Localized High-Concentration Electrolytes for High-Voltage Lithium Metal Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202301396
2. Advanced Energy Materials：打破连续氢键网络实现高倍率的水合有机锌电池
总之，该工作提出了一种共溶剂策略实现高倍率的水合有机锌电池。研究发现，通过对共溶剂分子不同末端基团的取代和终止，打断了主溶剂分子之间连续的 “手拉手”网络，使电解质的粘度大大降低，离子导电性增强。在加入MeOH助溶剂后，优化的电解质提供了双倍的离子电导率（23.7 mS cm−1）和出色的低温耐受性，同时具有低成本、不可燃性以及与两种电极的良好兼容性等优点。使用该电解质，Zn负极在0.5 mA cm‒2 和2 mA cm‒2 的情况下保持了超过4000 h的长循环稳定性，在5 mAh cm‒2 的高容量下保持了99.5%的高库伦效率（CE）。
3. Energy Storage Materials：设计稳定正极-电解质界面实现耐用、安全的锂离子电池
LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM)和LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (NCA)等富镍层状锂过渡金属氧化物是下一代长续航里程电动汽车用锂离子电池中最有前途的候选材料之一。然而，在实际应用中，长期循环中存在的容量衰减和较差的安全性能等问题仍亟待解决。普遍认为构建稳定的正极-电解质界面(CEI)是提升材料循环稳定性和安全性的有效策略。然而，CEI往往会遭受电解液中碳酸酯电化学氧化分解所产生的自由基(如·CH3、·OCH3和·OCH=CH2等)和循环中从材料晶格表面逸出的活性氧族物质的持续攻击，从而表现得极不稳定。CEI的这种不稳定性会导致材料结构退化和阻抗增加等一系列灾难性后果，从而使材料的电化学性能和安全性能急剧下降。因此，迫切需要合理的表界面设计，构建稳定、坚固而均匀的CEI结构以解决循环稳定性和安全性的挑战。在此，华中科技大学黄云辉教授、韩建涛教授和方淳副教授等人将受阻胺类光稳定剂应用于表界面设计，在三元NCM811表面构建了一层保护性的抗氧化层以提升NCM的循环稳定性和安全性。得益于受阻胺类物质对自由基和单线氧的清除作用，因此NCM811表面形成一层稳定的超薄、均匀且致密的CEI，同时抑制了材料在循环中的表面和体相的结构退化。因此，改进后的NCM展现出优异的性能，在全电池中循环1000圈后，容量保持率高达92%，此外，自生热起始温度T1也从75.2 ℃显著提升到了114.2 ℃。图1. NCM-AA1的电化学性能总之，该工作在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM）颗粒的表面构建了抗氧化层。研究表明，抗氧化层通过清除自由基和单线态氧来稳定材料的本体和表面结构，导致更少的界面副反应、更少的活性氧释放和抑制不可逆的岩盐相变。因此，改性的NCM具有卓越的电化学性能，即使在全电池中循环1000次后，仍能保持92.0%的容量。此外，由于稳定表面的构建和活性氧物种的消除，还可以实现更少的气体释放和更好的热性能。因此，该工作在表面构建化学阻挡层的新策略不仅有效地提高了界面的结构稳定性，而且为氧气引起的热失控提供了可能的解决方案。图2. NCM-AA1正极的本体结构稳定性Antioxidant layer enables chemically stable cathode-electrolyte interface towards durable and safe Li-ion batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102872
4. Advanced Materials：全平台、高容量钠电负极——拓扑石墨化碳
人们普遍认为，负极的低放电平台对于实现高输出电压非常重要。然而，典型的硬碳有近 30% 的容量由高压斜坡区域提供进而限制了能量密度，成为实际应用中的一大挑战。因此，实现高容量的全平台碳负极是开发下一代钠离子电池（SIB）的关键因素。在此，上海大学李丽教授、温州大学侴术雷教授、吴星樵等团队报道了利用生物质玉米芯通过两步快速热退火策略制备得到高度交联的拓扑石墨化碳。由长程石墨烯纳米带和空腔/隧道构成的拓扑石墨化碳提供了钠离子的多向插入，同时消除了在高压区域吸收钠离子的缺陷。该工作还通过原位 XRD、原位拉曼和原位/异位 TEM 等先进的表征技术表明，钠离子在弯曲拓扑石墨层之间和相邻石墨带缠结的拓扑空腔中出现 Na 簇形成。图1. 不同结构碳的电化学性能总之，本工作制定了一种使用生物质材料作为前体合成具有高石墨化度的拓扑硬碳的策略。将这种拓扑硬碳用于钠离子电池，实现高容量全平台特性，平台容量达到290 mAh g-1，占总量的97%。这些具有丰富的石墨纳米带交织拓扑的 TPGC 通过 HRTEM 技术进行了可视化。此外，各种先进的原位表征表明，这种独特的全平台和低电势的钠存储特性是由弯曲拓扑石墨层和相邻石墨带缠结之间的拓扑空腔的Na簇形成引起的。因此，这种独特的拓扑结构将为先进高性能硬碳的设计提供新的思路。此外，由生物质材料制备的具有全平台和低电位特性的拓扑硬碳是各种SIB负极材料中的有力竞争者，并将更充分地研究其在电网规模储能系统中的实际应用。图2. 原位测试Achieving All Plateau and High Capacity Sodium Insertion in Topological Graphitized Carbon, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202302613
5. Advanced Energy Materials：可控蚀刻Ti3SiC2生产用于超稳定锌离子电池的富氟疏水二维碳化钛
MXene主要通过在含F水溶液中选择性蚀刻MAX相来生产，由于其丰富的-O和-OH末端，通常表现出高度亲水特性。然而，MXene的亲水性可能会降低其在潮湿和水环境中使用时的耐用性和稳定性。在此，北京航空航天大学杨树斌教授&杜志国副教授团队展示了一种新的蚀刻方法，通过在六氟化硫(SF6)气体中选择性蚀刻Ti3SiC2中的Si来生产富氟MXene Ti3C2Fx。在蚀刻过程中，SF6能够选择性去除Si物质，形成挥发性SiF4并与Ti3C2板的暴露表面有效反应，得到Ti3C2FxMXene，其-F末端分数高达87 at.%，并且具有良好的疏水性。图1. Ti3SiC2、Ti3C2Tx、Ti3C2Fx的结构表征总之，该工作展示了一种SF6气体蚀刻方法，可在高温下从Ti3SiC2中可控地去除Si，合成富氟MXene Ti3C2Fx。在蚀刻过程中，SF6气体可以选择性地蚀刻Si物质，形成挥发性SiF4。随后的表面功能化后，得到了富氟Ti3C2Fx MXene，其-F端基含量高达87 at.%，具有高度疏水性。所得Ti3C2Fx MXene可以有效抑制水引起的副反应并降低Zn成核能垒，在对称电池中提供1200小时的长循环寿命和高达6.4 mA cm-2的优异倍率性能。与NiHCF正极相结合，使用Ti3C2Fx/Zn负极的全电池表现出稳定且长的循环寿命。因此，基于新兴MAX相系列的可控蚀刻方法将进一步扩展，以生产各种具有定制表面官能团的MXene，有望在电子、储能和电催化领域得到应用。图2. 电化学性能Controllable Etching of Ti3SiC2 to Produce Fluorine-Enriched, Hydrophobic 2D Titanium Carbide for Ultrastable Zinc Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202300890
6. Small：用于钠离子电池的铁基普鲁士蓝类似物的同构合成
可充电钠离子电池(SIBs)在大规模储能系统中具有广阔的应用前景。铁基普鲁士蓝类似物(PBAs)由于其刚性的开放框架、低成本和简单的合成被认为是极具潜力的正极。然而，如何提高PBAs结构中的钠含量，从而抑制结构中缺陷的产生仍然是一个挑战。在此，上海大学乔芸教授联合温州大学侴术雷教授等人合成了一系列PBAs样品，并见证了条件改变后PBAs从立方晶向单斜晶结构演化过程。同时，PBAs结构中钠含量增加进而结晶度增加。实验证明制备的六氰亚铁钠(Na1.75Fe[Fe(CN)6]0.9743·2.76H2O)在0.1C时具有150 mAh g−1的高容量(17 mA g−1)，在50C时具有74 mAh g−1的优异倍率性能(8500 mA g−1)。并通过原位拉曼和粉末X射线衍射(PXRD)验证了PBAs正极的高可逆。图1. PBAs结构表征总之，该工作通过不断优化合成条件制备了一系列具有立方或单斜结构的PBAs样品，并仔细研究了合成条件、晶体结构和电化学性能之间的关系。研究发现，通过系统地改进合成条件可以精确地将PBAs的晶体结构从立方结构调整为单斜结构。最终，制备的六氰亚铁酸钠在半电池中表现出极高的初始充电能力和优异的倍率性能。值得注意的是，这种PBAs正极由于钠浓度高，可以直接与硬碳(HC)负极结合形成完整的电池，表现出优异的电化学性能。PXRD和拉曼光谱进一步详细揭示了PBAs正极的高可逆性，展示了其在SIBs中的实际应用潜力。图2. 基于六氰亚铁钠正极的全电池电化学性能Isostructural Synthesis of Iron-Based Prussian Blue Analogs for Sodium-Ion Batteries, Small 2023 DOI: 10.1002/smll.202302687
8. Angewandte Chemie International Edition：在-40℃下工作的可充电钾离子全电池
钾离子电池（PIB）在低温储能方面很有前景。然而，目前对低温PIB的研究仅限于利用钾金属作为负极的半电池，并且由于缺乏可行的负极材料和兼容的电解质，实现可充电全电池面临挑战。在此，北京航空航天大学王华教授团队通过使用硬碳(HC)负极与匹配的电解质以及兼容的正极，成功地制造了第一个低温钾离子电池。HC中钾的存储依赖于缺陷吸附、层间共插和纳米孔填充，使完整的电池在−40℃时具有优异的电化学性能。值得注意的是，整个储钾过程的电阻值和反应活化能都很低，表明温度对HC电极电化学性能的影响最小。图1. HC电极K存储机理示意图总之，该工作利用HC负极与匹配的电解质以及兼容的正极，首次成功制备了低温可充电的钾离子全电池。这归功于HC独特的储钾机制，即在高电位斜坡区通过缺陷吸附，然后在低电位平台区通过层间共插和纳米孔填充。实验表征和理论计算表明扩散系数的提高和K+溶剂化的共插层现象促进了反应的动力学。同时，匹配的电解质表现出较低的液相温度、较低的粘度和较高的离子电导率。这些优点有助于降低温度对HC电极电化学性能的影响。因此，HC在0.2C、- 40℃的条件下可提供175 mAh g-1高容量 (室温容量的68%)。当与不同的正极(FeHCN或PTCDA)配对时电池在−40°C下依旧可实现良好的再充电性能。特别是PTCDA//HC全电池在−40℃下提供了89 mAh g-1的可观容量。该工作代表PIBs的发展取得了重大进步。图2. 基于HC负极的全电池在−40℃下的电化学性能Rechargeable Potassium-Ion Full Cells Operating at −40 °C, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202307122
