2023年4月5日 ，浙江工业大学陶新永教授 团队同日在Nature 和Sci. Adv. 上分别以“A LaCl3 -based lithium superionic conductor compatible with lithium metal ”和“Surface engineering toward stable lithium metal anodes ”为题阐述了新能源领域的重要成果，为推动高比能和安全电池 早在2021年 陶新永教授就在Nature Energy 上以“Rejuvenating dead lithium supply in lithium metal anodes by iodine redox ”为题提出了通过碘介体的氧化还原反应来实现“死”锂激活和利用，设计了以生物质碳负载碘的缓释型胶囊的“死锂复活”策略；
然后2022年 ，陶新永教授又在Science发表题为“Self-assembled monolayers direct a LiF-rich interphase toward long-life lithium metal batteries ”的研究论文，改研究设计了具有高密度和长程有序极性羧基的自组装单分子层（SAMs）与氧化铝涂层隔膜相连，抑制了锂金属电池中锂枝晶的生长，为高比能锂金属电池发展打开了一扇门！值得注意的是，这也是浙江工业大学校史首次在Science和Nature Energy上以第一单位发表论文 ！
Sci. Adv.综述：用于稳定锂金属负极的界面工程 锂金属负极（LMAs）由于不稳定的固体电解质界面（SEI），容易引起锂枝晶生长而导致电池失效。其中，具有优化后的物理化学和机械性能的人工SEI已被证明对于稳定LMAs至关重要。 在此，浙江工业大学陶新永教授和佴建威教授，香港城市大学楼雄文教授 总结了目前基于表面工程构建保护层作为人工SEI的有效策略和关键进展，包括使用不同初始状态（固体、液体和气体）的试剂或使用一些特殊途径（例如等离子体）对LMAs进行预处理，还简要介绍了用于研究LMAs保护层的基本表征工具。最后，基于现有的锂金属表面工程策略，讨论其在实际中进一步应用的可能性，以及应用可能面临的挑战、机遇和可能的未来发展方向。 相关文章以“Surface engineering toward stable lithium metal anodes ”为题发表在Sci. Adv. 上。 图1. 当前用于稳定LMAs的表面工程策略的示意图。 1）机械加工。 机械加工是一种简单，可加工，且具有成本效益的加工过程，高延展性的锂金属可以很容易地通过大的机械应变成型或变形以形成表面图案，经过处理后锂金属表面积扩大，降低了锂金属表面的电流密度，从而延缓了锂枝晶的形成。2）膜改性。 除了对锂金属进行直接物理处理外，将制备的独立膜作为人工SEIs将是提高LMAs电化学性能的有效途径。3）固体之间化学反应。 金属锂与固体之间的化学反应是构建具有高离子电导率和高机械性能的人工SEI的有效方法，富锂合金具有高锂离子扩散系数，并已被证明有利于改善电极/电解质界面处的锂离子扩散。利用液体的流动性及其溶解化学物质或分散胶体材料的能力，可以通过液相策略，在LMAs的表面上构建均匀且组分可调的人工SEI。 1）溶液铸造。 溶液浇注方法，包括浸没、滴涂、刮刀和旋涂，被认为是一种简单且可重复的方法来构建功能性阻挡层；2）与液体发生化学反应。 由于金属锂的高反应性，锂和液体试剂之间会发生氧化还原反应原位产生与LMA更紧密接触的人工SEI。3）电化学处理。 以具有特定参数（包括电解液配方、电压、工作温度等）的专业电化学环境下制备理想的SEI，由此构建的SEI具有更复杂的组分和结构。使用气态试剂进行表面改性，使得锂表面SEI薄膜更加均匀，气相途径被认为是解决LMAs界面问题和体积变化问题的适当方法。 1）物理气相沉积。 物理气相沉积（PVD）是一种主要使用物理手段沉积薄层材料的技术，其在基于物理蒸发-沉积原理精确控制LMA上保护层的成分和厚度方面，表现出特殊的优势。2）化学气相沉积。 CVD方法作为一种先进的合成方法，通过高温使得化学相互作用直接在电极上生长薄膜，可以在具有原子层厚度的锂金属上实现高度均匀和稳定的保护膜。3）与气体发生化学反应。 与气体发生化学反应以在LMA上形成人工SEI是一种替代选择，对锂表面具有很高的可及性并改善了薄膜均匀性。由于LMAs的表面已经使用各种表面工程策略进行了精确改性，对其保护层的电化学行为研究至关重要，其主要关注以下问题： （1）表面层的形貌，粒度和厚度;（2）化学成分、元素含量和化学状态;（3）刚度和弹性模量；（4）多个空间尺度上的结构演变 。表征工具包括X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外（FTIR） 光谱、拉曼光谱、固态核磁共振（NMR）、飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、AFM、TEM、CRYO-TEM和其他几种先进方法。 Gongxun Lu†, Jianwei Nai†*, Deyan Luan, Xinyong Tao*, Xiong Wen (David) Lou*, Surface engineering toward stable lithium metal anodes , Sci. Adv., 2023. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf1550 全固态锂金属电池作为高能量密度和高安全电池，一直是今后储能电池发展的希望之一。其中，无机超离子导体兼具高离子导电性和优异的热稳定性，但其与锂金属负极的界面相容性极差，阻碍了在全固态锂金属电池中的进一步应用。 在此，中国科学技术大学姚宏斌教授和李震宇教授，浙江工业大学陶新永教授 报道了一种新型的镧系金属卤化物固态锂金属电池。值得注意的是，本文采用的镧系金属元素的电负性极低，同时金属氯化物兼具耐氧化性和可变形性，即使电极界面在不加任何优化的情况下也能实现极其稳定的室温电池循环。 结果显示，具有独特UCl3 类型结构的LaCl3 基于锂超离子导体，Li0.388 Ta0.238 La0.475 Cl3 具有高离子导电性和优异的电极相容性，即使在Li/Li0.388 Ta0.238 La0.475 Cl3 /NCM523全电池中也能实现稳定循环。更加重要的是，本文的工作不仅证明了基于LaCl3 的固态电解质与电极的相容性，而且激发了一类基于LnCl3 晶格（Ln = La、Ce、Nd、Sm和Gd）的全新固态电解质体系，这也为新型的固态电池打开了一扇门。 相关文章以“A LaCl3 -based lithium superionic conductor compatible with lithium metal ”为题发表在Nature 上。 图1. 本文提出的基于LaCl3 晶格的Li+ 超电子导体的结构模型和相应的Li+ 传导机制。 图2. Lix Tay Laz Cl3 中Li+ 的电导率及Li+ 化学环境的鉴定。 图3. 本文提出的固态电解质与锂金属负极的界面稳定性。 图4. 本文构建的Li/Li0.388 Ta0.238 La0.475 Cl3 /NCM523全电池的电化学性能。 值得注意的是，LaCl3 晶格可以与各种离子结合，价态范围从+1到+6（包括Li+ ，Na+ ，K+ ，Mg2+ ，Ca2+ ，Sr2+ ，Y3+ ，In3+ ，Sc3+ ，Zr4+ ，Hf4+ ，Ta5+ ，Nb5+ 和W6+ ），其掺杂率高达33.34%，这种性能通过掺杂离子实现了LaCl3 基电解质的巨大潜力，这如同硫化物和氧化物电解质所做的那样。同时，这种扩展作用通过两种LaCl3 基电解质来验证，包括Li0.447 Ta0.179 Zr0.059 La0.475 Cl3 和Li0.495 Zr0.259 Ca0.086 La0.432 Cl3 。值得注意的是，Li0.495 Zr0.259 Ca0.086 La0.432 Cl3 中的Zr和Ca的电负性低于Ta，因此具有更强的还原电阻，使Li/ Li0.495 Zr0.259 Ca0.086 La0.432 Cl3 /Li对称电池在2 mA cm-2 和2 mAh cm-2 的条件下稳定循环超过1600小时。 Yi-Chen Yin, Jing-Tian Yang, Jin-Da Luo, Gong-Xun Lu, Zhongyuan Huang, Jian-Ping Wang, Pai Li, Feng Li, Ye-Chao Wu, Te Tian, Yu-Feng Meng, Hong-Sheng Mo, Yong-Hui Song, Jun-Nan Yang, Li-Zhe Feng, Tao Ma, Wen Wen, Ke Gong, Lin-Jun Wang, Huan-Xin Ju, Yinguo Xiao, Zhenyu Li✉, Xinyong Tao✉, Hong-Bin Yao✉, A LaCl3 -based lithium superionic conductor compatible with lithium metal, Nature, 2023, https://doi.org/10.1038/s41586-023-05899-8 陶新永，教授，博士生导师。博士毕业于浙江大学，先后加入美国南卡大学、斯坦福大学从事博士后、访问学者研究。现任科学技术研究院副院长（主持工作），材料科学与工程学院副院长，国家杰出青年科学基金、国家优秀青年科学基金、浙江省杰出青年基金获得者，获教育部“新世纪优秀人才支持计划”、浙江省“钱江高级人才”计划支持，入选浙江省“151人才工程”第一层次、浙江省“高校领军人才培养计划”创新领军人才。主要从事新型储能材料基础理论及应用研究，近年来主持国家自然科学基金和省部级项目13项，主持和参与企业应用项目20余项；共发表SCI收录论文180余篇，以第一或通讯作者在Nature、Science、Nat. Energy、Nat. Commun.、Sci. Adv.、Nano Lett.、ACS Nano、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Energy Mater.等影响因子大于10的期刊上发表60余篇；论文共被引用1.8万次，入选ESI高被引论文21篇，H因子为69；获授权发明专利42项；合作编写英文书籍章节2章；应邀作国际会议邀请报告30余次；应邀担任IEEE-NANO 2013国际会议分会主席、第2届中国能源材料化学研讨会组委会委员、中国化学会第31届年会中新澳青年化学家论坛主席；担任Nature、Nat. Energy、Nat. Commun.、Sci. Adv.、Nano Lett.、ACS Nano、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等30余个国际知名期刊审稿人或仲裁人。 来源： http://www.homepage.zjut.edu.cn/txy2/
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