电池顶刊集锦：AFM、AM、ACS Energy Lett.、EnSM、Nano Lett.、Nano Energy等

1. 南京大学张晔&复旦大学彭慧胜最新AFM：锌金属电池循环1000小时后锌的利用率高达90%

金属锌(Zn)具有体积容量大、氧化还原电位低、储量丰富、成本低等优点，被认为是“后锂”储能的理想负极。然而，目前的锌电池对锌的要求很高，锌利用率低，器件能量/功率密度远低于理论值。锌金属的有限可逆性归因于锌与水溶液的自发寄生反应，即水腐蚀、被动副产物形成和枝晶生长。

近日，南京大学张晔（通讯作者）和复旦大学彭慧胜（通讯作者）等人设计了一种新型离子选择性聚合物胶，涂覆在锌负极上，通过阻挡水的扩散将锌负极与电解液隔离，同时允许Zn²⁺离子快速迁移，有利于均匀电沉积。因此，在高电流密度下，锌的利用率在1000 h内达到了创纪录的90%，与之形成鲜明对比的是，在目前报道的锌利用率较低(50-85%)的情况下，锌的循环性能要差得多(通常不到200 h)。当与钒基正极匹配时，所得到的锌离子电池显示出228 Wh kg⁻¹的超高器件级能量密度，可与商用锂离子电池相媲美。

可逆锌利用示意图

聚合物胶保护的对称电池中锌负极的电化学性能

由NH₄V₄O₁₀和Zn制成的全锌离子电池的电化学性能

Engineering Polymer Glue towards 90% Zinc Utilization for 1000 Hours to Make High-Performance Zn-Ion Batteries (Adv. Funct. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adfm.202107652)

2. 卧龙岗大学郭再萍&Wei Kong Pang最新AM：显著增强高压LiNi_0.5Mn_1.5O₄(LNMO)正极循环稳定性

循环过程中正极材料的结构不稳定性阻碍了可靠、安全的高能量密度锂离子电池的发展，这是由于在高工作电压下发生了有害的相变，同时过渡金属溶解导致活性物质的损失。

近日，澳大利亚卧龙岗大学郭再萍（通讯作者）和Wei Kong Pang（通讯作者）等人从电池材料的基本结构/功能关系出发，以高压LiNi_0.5Mn_1.5O₄(LNMO)正极为代表，有目的地对电极材料结构进行结晶学定点结构工程。作者成功地将高压下发生的有害两相反应转变为优先固溶体反应，并显著抑制了Mn从LNMO结构中的损失。改性后的LNMO材料在1 C时保持了99%的理论比容量，1500次和3000次循环后分别保持了初始容量的87.6%和72.4%。这种材料的问题追踪现场结构定制将促进锂离子电池高能量密度材料的快速发展。

尖晶石材料的形貌和结构表征

Sb002-LNMO样品的X射线吸收光谱(XAS)

不同LNMO尖晶石的1 C循环性能及相应的充放电曲线

Crystallographic-Site-Specific Structural Engineering Enables Extraordinary Electrochemical Performance of High-Voltage LiNi_0.5Mn_1.5O₄ Spinel Cathodes for Lithium-Ion Batteries(Adv. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adma.202101413)

3. 俄罗斯圣彼得堡ITMO大学&意大利托尔维加塔大学最新Nano Energy: 高效钙钛矿太阳电池的介孔电子传输层

全介质纳米光子学具有光学损耗低、光局域性强、对卤化物钙钛矿等材料具有化学稳定性等优点，是改进薄膜光电子器件的有力工具。然而，制造功能性纳米结构的大规模和低成本的方法仍然没有被开发出来。

近日，俄罗斯圣彼得堡ITMO大学Sergey Makarov（通讯作者），Aleksandra Furasova（通讯作者）和意大利托尔维加塔大学Aldo Di Carlo（通讯作者）等人展示了一种新的方法来构建介孔电子传输层，该方法是将光学共振硅纳米颗粒掺入二氧化钛浆料中，应用于钙钛矿型太阳能电池。可以通过增加所有主要器件参数来达到21%以上的功率转换效率。作者对谐振型纳米硅太阳能电池的多物理理论模拟提供了对器件改进机理的物理理解，同时也有助于优化纳米硅的浓度。

直径为100~200 nm米氏谐振纳米天线的钙钛矿太阳能电池示意图

彩色横截面扫描电子显微镜(SEM)图像显示了完整的PSC器件，其中包括介孔TiO₂层中的共振NPs

(a)正向扫描下记录的含有不同浓度Si纳米颗粒的介孔PSCs的J-V曲线：黑色点线-不含Si，蓝色-在小浓度(1：180质量浓度)，绿色-Si纳米颗粒在最佳浓度(1：120)，红色-高Si浓度(1：60)，紫色-超高Si浓度(1：30)。

Mie-resonant mesoporous electron transport layer for highly efficient perovskite solar cells(Nano Energy, 2021, DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106484)

4. 美国伯克利国家实验室杨万里&Gao Liu&北大潘锋最新ACS Energy Lett.:Li₂MO₃中不同的氧氧化还原活性

Li₂MO₃（M=过渡金属）体系是富锂材料的化合物，被广泛认为为高能电池提供氧氧化还原。然而，最近的研究表明，在三种代表性的Li₂MO₃（M=Mn，Ru，Ir）化合物中，在Mn和Ir体系中不发生可逆的氧氧化还原。

近日，美国伯克利国家实验室杨万里（通讯作者），Gao Liu（通讯作者）和北大潘锋（通讯作者）等人通过高级光谱重新评估Li₂RuO₃中的氧化还原反应，该光谱显示Ru氧化还原和高度可逆的O氧化还原。这与Li₂MnO₃和Li₂IrO₃系统形成鲜明对比，并总结了Li₂Mo₃系统在充电过程中的三种不同的氧行为：（i）Li₂MnO₃中只有不可逆的氧氧化(ii）Li₂RuO₃中可逆的Ru和O氧化还原(iii）Li₂IrO₃中仅阳离子氧化还原。这项工作表明过渡金属及其与氧的耦合对于维持高能电池的可逆氧氧化还原活性的关键作用。

Li₂MO₃的形貌、结构和电化学性能

Li₂RuO₃在初始循环中的Ru状态

一系列Li₂RuO₃电极在不同电化学状态下的O-K mRIXS

Distinct Oxygen Redox Activities in Li₂MO₃(M = Mn, Ru, Ir)(ACS Energy Lett., 2021, DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01101)

5. 俄克拉何马州立大学Omer Ozgur Çapraz最新Nano Lett.:晶态磷酸铁正极材料中钾离子插层诱导非晶化的原位研究

钠离子电池和钾离子电池由于储量丰富、成本低廉，是一种很有前景的大规模储能替代电池。这些大离子的嵌入会导致晶体电极发生不可逆的结构变形和部分甚至完全的非晶化。对非晶态纳米结构在电池运行过程中的动态变化缺乏了解是进一步发展的瓶颈。

近日，美国俄克拉何马州立大学Omer Ozgur Çapraz（通讯作者）等人报道了利用术中数字图像相关和XRD技术来探测磷酸铁在钾离子插层过程中非晶相的动态变化。X射线衍射表明，在第一次充放电循环中，电极的纳米结构发生了非晶化。此外，非原位HR-TEM进一步证实了钾离子插层后的非晶化。环境应变分析检测到与非晶相中的氧化还原反应相关的可逆变形。这种方法对非晶态纳米结构中的离子嵌入机理提供了新的见解，这对开发下一代电池具有很大的潜力。

锂从LiFePO₄电极上电化学置换形成FePO₄电极

含K离子的FePO₄复合电极的放电和充电曲线

磷酸铁钾电极在第三次放电循环后的透射电镜结果

In SituProbing Potassium-Ion Intercalation-Induced Amorphization in Crystalline Iron Phosphate Cathode Materials(Nano Lett., 2021, DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02095)

6. 上海硅酸盐研究所黄富强&卧龙岗大学Nana Wang最新EnSM：高离子导电性复合聚合物电解质

聚合物固态电池(SSB)具有界面接触性好的优点，但其应用面临离子导电性低的问题。

近日，上海硅酸盐研究所黄富强（通讯作者）和卧龙岗大学Nana Wang（通讯作者）等人制备了含有碳酸丙烯酯增塑剂的三维(3D)多孔复合聚合物电解质(3D-PPLLP-CPEs)，即使在室温下也表现出高的离子导电性。3D-PPLLP-CPEs的电化学原位聚合在第一次放电过程中进行，避免了液体增塑剂引起的安全问题，而不会牺牲电解质的离子导电性。此外，可控的原位生成富LiF界面可以避免Li枝晶的生长。为了进一步提高SSBs的实用价值，采用了初始库仑效率高的微米级Si@Li₃PO₄@C来替代锂箔。全电池在0.2 C电流密度下的容量为129.1 mAh g^-1, 100次循环后的容量保持率为98.5%。这种CPE和电极的设计为构建实用的SSB铺平了一条新的道路。

3D-PPLLP-CPEs的设计与性能

基于NCM111//3D-PPLLP-CPEs//Li的原位聚合表征

3D-PPLLP-CPEs的界面和电化学行为

Solid-state Batteries Designed with High Ion Conductive Composite Polymer Electrolyte and Silicon Anode(Energy Storage Materials, 2021, DOI: 10.1016/j.ensm.2021.09.001)

7. 苏州大学赵燕&魏真真最新EnSM综述：具有可逆/不可逆热关断能力的锂离子电池隔膜的研究进展

目前，由于锂离子电池隔膜技术的广泛应用和在离子传输中的关键作用，锂离子电池隔膜技术取得了长足的进步。然而，仍然需要确保电池的操作安全性、使用寿命和用户体验。为了避免工作过程中温度升高带来的安全问题，有必要赋予隔膜热停机功能，使其能及时切断电流，防止电极接触。与此同时，对隔膜的回收和可持续性的需求也在不断增长。因此，具有不可逆或可逆热停用能力的功能隔膜应运而生。

近日，苏州大学赵燕（通讯作者）和魏真真（通讯作者）等人将通过重点介绍通过不同方法和机制制造的具有不可逆热保护的隔膜的最新研究成果，对提高LIB安全性所采用的技术进行综合分析。在此基础上，总结了可逆热保护隔膜中具有动作和自适应能力的智能材料。文中还给出了目前与这些锂离子电池隔膜相关的研究方向和挑战，以及在电池热保护方面的未来前景。希望本文的研究成果能为隔膜的循环利用、高安全、高性能等方面的研究提供启示，为今后电池的发展提供有益的启示。

PAN@PBS隔膜在110 °C时具有关闭功能，并且具有高达14 0°C(从110 °C到250 °C)的更宽的关闭温度窗口

嵌段共聚物隔膜结合了电解质亲和聚砜(PSF)和锂离子亲和聚乙二醇(PEG)的优点，可以在125 °C关闭气孔，从而实现热关闭功能，从而提高电池安全性

与商品化的PP/PE隔膜相比，由于PE微球熔点降低，PM/PP隔膜在110 ℃左右进行热闭合，PE层和PP层的熔融温度间隔较大。

同时，在120 °C(20 s内)和140 °C(5 s)时，阻抗开始迅速增加，反映了快速的热闭合响应速度，并为热失控提供了可靠的安全控制。

Recent Advances in Lithium-Ion Battery Separators with Reversible/Irreversible Thermal Shutdown Capability(Energy Storage Materials, 2021, DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.046)

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