1. Angewandte Chemie International Edition：二元原子位点实现低温全固态Na-S电池双向串联电催化硫转化

当前全固态Na-S电池实际应用受到高操作温度和低硫利用的限制。不可控的硫形态形成途径以及缓慢的多硫化物氧化还原动力学进一步影响了Na-S化学的理论潜力。

在此，安徽大学鹿可团队制备了一种硫基质-空心纳米管，其碳骨架中嵌入了二元原子分散的MnN₄和CoN₄催化位点。基于此，作者开发了一种先进的低温(80℃)Na₃Zr₂Si₂PO₁₂陶瓷膜结构全固态Na-S电池，其能够通过限制双向串联电催化效应来调节多硫化物电化学。

在该电池系统中，催化基质促进了限制串联电催化效应，使厚硫正极(1.5 g cm^-3)具有高可逆放电容量和长期循环稳定性。二元原子分散位点的引入不仅同时促进了长链和短链NaPSs的化学吸附，还对多硫化物转化表现出优异的电催化活性。放电时，CoN₄位点激活硫，提供了真正的催化作用，催化长链多硫化物还原为短链多硫化物，而MnN₄中心有利于Na₂S₄直接转化为Na₂S，这使得电池放电过程中电活性Na₂S均匀沉积，避免了不可逆产物(如Na₂S₂)的形成。

两个催化中心的内在协同作用有利于Na₂S的分解，实现了可调节的硫形态形成途径，并在电池充电过程中使其激活势垒最小化，从而有效地减轻正极钝化。

图1. 制备流程及结构表征

总之，该工作提出了一种硫基质-空心纳米管，其碳骨架中嵌入了二元原子分散的MnN₄和CoN₄催化位点，可以实现先进的全固态Na-S电池。具体而言，两个原子催化位点的协同作用使电池充电时Na₂S易于活化，实现双向串联电催化硫转化。此外，NZSP活性填料和PEO-NaFSI的引入提供了内在相互连接的离子传导通道。

因此，稳定的S/MnCo-NC正极具有高可逆容量，并表现出优异的能量效率，其中包括高能量密度(1008 Wh kg^-1)，在80℃下进行100次循环测试后，平均CE高达98.5%。因此。串联电催化促进了可调硫转化途径，不仅促进了电活性放电产物的沉积，而且最大限度地减少了Na₂S分解，为低温全固态金属硫电池开辟了新的方向。

图2. 电池性能

Binary Atomic Sites Enable a Confined Bidirectional Tandem Electrocatalytic Sulfur Conversion for Low-Temperature All-Solid-State Na-S Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.2023177

2. Advanced Materials：氟化界面实现超稳定的固态锂电池

锂金属表面的杂质（通常是Li₂CO₃）会给电池带来严重的动力学障碍和电化学性能衰减。对于能量密集型固态锂电池（SSLBs），需要减轻正极和电解质材料中有害的Li₂CO₃，而直接去除方法很难避免Li₂CO₃再生。

在此，天津大学杨全红、吴士超等人提出了一种脱碳-氟化策略，通过在 60℃ 下使Li₂CO₃与LiPF₆发生原位反应，在SSLB中构建了一种超稳定的富含LiF 的界面层。在Li/LLZTO界面，这种富含 LiF 的固体电解质相（SEI）可改善锂剥离/沉积行为，将临界电流密度（CCD）从2.5 mA cm^-2 提高到4.5 mA cm^-2，锂对称电池的稳定性可高达7000小时。

在 NCM811/LLZTO 界面，这种富含 LiF 的正极电解质相（CEI）可形成完整的晶体结构，并在高截止电压（4.5 V）下提供高的循环稳定性。所有界面的电阻都明显降低，因此具有优异的倍率性能。

图1. 正极LLZTO所有表面的Li₂CO₃原位转化为富锂离子界面（LiFRI）的示意图

总之，该工作提出了一种实用的脱碳-氟化策略，可将界面Li₂CO₃转化为超稳定富含LiF界面。有害的表面Li₂CO₃可作为锂载体，并通过可扩展的电池形成程序化学演化成富含LiF层。富镍正极（NCM811）、LLZTO、电解液和金属锂负极之间的氟化界面可提高高压正极的结构稳定性，抑制界面副反应，减少阻抗增长和（电）化学降解。

因此，无枝晶、稳定的锂负极可实现长达 7000 小时的长期剥离/沉积。稳定的固态电池具有卓越的电化学性能，尤其是在4.5 V高电压下的长期循环稳定性和高倍率能力。因此，该工作提出的一体化战略为处理表面杂质和克服界面挑战开发商业固态电池提供了新的见解。

图2. 基于LLZTO@Li₂CO₃和LLZTO@LiFRI的电池的电化学性能

Fluorinating All Interfaces Enables Super-Stable Solid-State Lithium Batteries by in-situ Conversion of Detrimental Surface Li₂CO₃, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202308493

3. Advanced Functional Materials：分子设计竞争性溶剂化电解液用于锂金属电池

对于高能量和长循环锂金属电池（LMB）而言，对锂负极和高压正极都具有高稳定性的电解液至关重要。然而，普通电解质中的游离活性溶剂在锂负极和高压正极都很容易分解。其中，局部高浓度电解质（LHCEs）通过Li⁺配位在很大程度上限制了活性溶剂，但游离分子仍会在电极表面的Li⁺去溶剂化时释放出来，从而在长循环过程中造成持续分解。

在此，浙江大学陆俊，南方科技大学邓永红，大湾区大学常建等人通过引入精心设计和新合成的双极性溶剂分子（一个是离子解离极性头，另一个是高度氟化的非极性尾），一种分子竞争性溶解电解质（MCE）被证明可以稳定高压 LMB。双极分子通过微弱的配位相互作用竞争性地解离Li⁺，大大降低了电解液中活性溶剂的比例，并减少了去溶剂化过程中电极上的有害分解。

因此，MCE使1.4 Ah金属锂软包电池的堆叠能量密度达到450 Wh kg^-1，并且在400个循环周期内具有良好的稳定性（保持率：81%）。此外，在实际条件下，MCE 还能使能量密度高达417 Wh kg^-1的2.5 Ah Li-S 软包电池在70个周期内保持稳定运行。

图1. 电池性能

总之，该工作通过使用双极OFE溶剂来稳定传统的醚、碳酸酯和腈，开发出了一种竞争性溶剂化电解质。得益于OFE与Li⁺的竞争性配位，主溶剂化鞘中的活性溶剂以及高活性电极上的相关副反应都大大减少。分子竞争电解质（MCE）的独特溶剂化结构可显著减少电极与溶剂之间的副反应，从而促进形成稳定而薄的锂金属负极 SEI 和高压正极 CEI。

与高压商用正极（NCM811）配对，1.4Ah 的软包电池具有 450 Wh kg^-1 的高能量密度，可在苛刻的条件下（正极负载：4 mAh cm^-2，截止电流：1 mAh cm^-2）稳定工作超过 400 个循环（保持率：81%）。使用各种插入式氧化物正极（包括 LFP、LCO 和 NCM622）的其他 LMB 也表现出出色的稳定性。此外，使 2.5 Ah Li-S 软包电池在 70 个循环周期内稳定运行。因此，这种具有竞争性配位结构的高稳定性电解质的设计理念，为在实际条件下开发高能量、长循环的LMB提供了一条前景广阔的道路。

图2. MD模拟

Molecular Design of Competitive Solvation Electrolytes for Practical High-Energy and Long-Cycling Lithium-Metal Batteries , Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202312413

4. Energy Storage Materials：硼基电解质赋予镁电池优越的界面化学

通过简单的合成途径和廉价的原材料获得具有优异的沉积/剥离镁离子性能和正极兼容性的电解质已成为可充电镁电池（RMB）的长期追求。

在此，上海交通大学努丽燕娜团队提出了一种高效的酰胺镁碱调制硼基电解质TMPLB，该电解质通过简便的原位一锅法获得的，即在四氢呋喃（THF）中混合含氯化锂的酰胺镁碱 TMPL（2,2,6,6-四甲基哌啶基氯化镁氯化锂络合物）和路易斯酸 B(OTFE)₃（三(2,2,2-三氟乙基)硼酸酯）。

核磁共振（NMR）结果显示，TMPLB 电解质主要由活性阳离子 [Mg₂(μ-Cl)₃-6THF]⁺ 和阴离子 [(TMP)B(OTFE)₃]^–组成。除镁电极形成有利的固体电解质相（SEI）外，在循环的 Mo₆S₈ 上原位生成的稳健正极电解质相（CEI）共同赋予了卓越的 Mg²⁺ 转移动力学和循环稳定性。结果显示，Mo₆S₈||Mg 全电池可循环使用超过 3000 次，在 5 C 条件下的容量保持率高达 88.2 mAh g^-1。

图1. TMPLB电解质与不同正极的电化学相容性

总之，该工作报道了一种酰胺镁碱调制的硼基TMPLB电解质，该电解质结合了THF中含LiCl的TMPL和B(OTFE)₃。TMPLB电解质不仅与Mg负极表现出良好的相容性，形成了有效的SEI，而且还能在Mo₆S₈表面原位生成持久稳定的CEI。由无机和有机组分组成的CEI大大提高了Mo₆S₈的循环稳定性，并赋予了良好的Mg²⁺转移动力学。

得益于高效CEI和SEI的优势，基于TMPLB电解质的Mo₆S₈||Mg电池在5C下循环3000次后表现出88.2 mAh g^-1的长期稳定性，容量保持率为94.3%。因此，本工作为构建有效的CEI和SEI层以提高RMBs的界面稳定性和Mg²⁺输运动力学提供了新的方向。

图2. 界面稳定性

A Hauser-base modulated boron-based electrolyte empowering superior interfacial chemistry in rechargeable magnesium batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103152

5. ACS Nano：介孔聚酰亚胺隔膜抑制锂枝晶生长

锂金属电池需要有效抑制锂枝晶，以确保高性能和安全性。然而，目前的隔膜具有大孔，其允许锂枝晶穿过，从而会导致内部短路和其他灾难性后果。

在此，美国弗吉尼亚理工大学刘国良团队报告了一种用于抑制锂枝晶的介孔聚酰亚胺隔膜。具体而言，该工作通过对聚乳酸-聚酰亚胺-聚乳酸三嵌段共聚物进行缓慢热解，制备了介孔聚酰亚胺薄膜。280℃的缓慢热解可逐渐去除聚乳酸，从而产生21 nm的介孔，而不会破坏聚酰亚胺基体。生成的介孔聚酰亚胺薄膜显示出1.80 GPa的储存模量。

介孔结构和高模量共同造就了卓越的枝晶突起抑制能力，将介孔聚酰亚胺薄膜作为锂金属电池的隔膜，不仅显示出与PP/PE/PP三层隔膜相当的良好倍率能力，而且有助于平坦锂沉积，从而实现超过500小时的长期循环。

图1. 隔膜孔径和模量对锂枝晶抑制的影响

总之，该工作制备了一种用于抑制枝晶的介孔聚酰亚胺隔膜。研究发现，这种聚酰亚胺隔膜具有21 nm宽的介孔和1.80 GPa的高储存模量。这种介孔聚酰亚胺隔膜能协助电沉积形成平顶突起，而不是尖锐的枝晶，因此可以实现锂金属电池的安全循环。因此，该项研究有望推动枝晶抑制策略的发展，并为锂金属电池的复兴做出贡献。

图2. 锂/锂对称电池测试

Mesoporous Polyimide Thin Films as Dendrite-Suppressing Separators for Lithium–Metal Batteries, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c04159

6. Advanced Functional Materials：三苯胺-腙COF双极型正极实现高电压、大容量、稳定性的锂有机电池

共价有机框架（COF）是一类很有前途的锂离子电池电极材料。然而，所报道的COF正极通常表现出低电位和电压平台，这限制了它们的进一步应用。

在此，浙江工业大学张诚，董玉杰，黄启迪，李维军等人通过单体PTB与DHZ的席夫碱缩合构建了一种具有双极特性的新型三维（3D）COF材料PTB-DHZ-COF。以PTB-DHZ-COF为正极的电池表现出1.2-4.2 V的宽电位范围和超过3.6 V的放电电压平台。

通过将PTB-DHZ-COF与碳纳米管复合，成功制备了PTB-DHZ-COFX复合材料。PTB-DHZ-COF40电池表现出高比容量（1000 mA·g⁻¹时为114.24 mAh·g⁻¹）、优异的循环性能（5000次循环后容量保持率为86.3%）和超高能量密度（489 Wh·kg^-1）。

图1. 电池性能

总之，该工作设计并合成了一种用于锂离子电池正极的新型3D COFs材料，具有p/n双极性。由于其独特的结构单元，PTB-DHZ-COF电池在大多数 COF 正极电池中表现出最高的电位范围（1.2-4.2 V）和电压平台（>3.6 V）。将PTB-DHZ-COF与高导电碳纳米管复合后，制备的PTB-DHZ-COF40作为正极材料在1000 mA·g⁻¹下达到了114.24 mAh·g⁻¹的高容量。5000次循环后，容量保持率仍保持在86.3%，表现出优异的循环稳定性。

此外，该电池的最大能量密度为486 Wh·kg⁻¹，功率密度为3.185 kW·kg⁻¹，超过了目前的商业电池系统。因此，该工作为未来高性能储能器件中电极活性材料结构设计提供了新的见解。

图2. PTB-DHZ-COF可逆电化学过程中的氧化还原机制

Integrated High Voltage, Large Capacity, and Long-Time Cyclic Stability of Lithium Organic Battery Based on a Bipolar-Type Cathode of Triphenylamine-Hydrazone COF Material , Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202310668

7. ACS Nano：正极负极界面设计实现高稳定水系/有机系混合电池

Zn离子电池（ZIBs）由于其安全性、适度能量密度和丰富的锌金属储备而迅速发展。然而，在基于锌的负极上不可避免的枝晶生长和副反应，以及过渡金属基正极上金属元素的溶解，会破坏电极/电解质界面，最终降低ZIBs的电化学性能。

在此，北京理工大学陈人杰团队提出了一种赋予协同正极/负极界面层的水/有机混合电解质。在负极上，ZnF₂/Zn₃(PO₄)₂诱导Zn成核，实现无枝晶和无腐蚀的电极形态。在正极上，与未改性电解质中的异常Zn沉积相比，利用混合电解质获得的界面膜抑制了金属元素的溶解，并避免了Zn在过渡金属基正极上的沉积。

因此，基于改性电解质的金属Zn负极和LiMn₂O₄正极的软包电池（放电深度：40%）在235次循环后仍保持92mAh/g的容量，并具有稳定清洁的正极/负极界面。

图1. Zn沉积示意图

总之，该工作报告了一种有机/水混合电解质，它可以实现正极/负极界面层的协同作用。一方面，在负极上收获了富含 ZnF₂/Zn₃(PO₄)₂的稳定SEI，抑制了HER的副反应和循环过程中的钝化生成。因此，在混合电解质的基础上，锌对称电池在 5 mA cm^-2的高电流密度下进行了1325次无枝晶循环，过电位仅为62 mV，在约600次稳定循环中实现了99.3%的平均效率。另一方面，获得的正极CEI可调节锰基过渡金属材料中锰的溶解。

因此，基于锌负极和 LMO 正极、使用混合电解质的全电池具有 82 mAh g^-1的优异倍率性能。此外，具有40%DOD的LMO//Zn软包电池在235次循环后可保持 92 mAh g^-1的容量。相反，基于10:0电解质的类似电池只能维持约50次循环。因此，该工作所提出的简单方法为构建长循环 ZIB 提供了一个方向。

图2. 全电池性能

Highly Stable Aqueous/Organic Hybrid Zinc-Ion Batteries Based on a Synergistic Cathode/Anode Interface Engineering, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c09419

8. PNAS：高电子态活性位点的工程接触曲面界面实现高性能钾离子电池

钾离子电池（PIB）由于钾资源丰富且成本低廉而受到广泛关注，被认为是一种可持续的储能技术。然而，PIB中使用的石墨负极由于钾离子半径大而导致容量低和反应动力学缓慢。

在此，福建师范大学陈育明团队报道了氮掺杂、丰富缺陷的空心碳纳米球在碳纳米管(CNTs)上具有接触弯曲界面(CCIs)，即CCI-CNS/CNT，以促进电子转移和钾离子吸附。密度泛函理论计算证实，工程CCIs显著增强了费米能级附近的电子态，从而促进了电子转移。

此外，CCIs对钾离子表现出明显的亲和力，促进了钾离子的吸附，从而有利于钾离子的储存。结果表明，合理设计的CCI-CNS/CNT负极具有良好的循环稳定性和倍率性能。

图1. 电池性能

总之，该工作报道了工程CCIs使得碳质材料在费米能级附近的电子DOS得到了增强，并促进了其对碱金属离子的亲和力。基于此，该工作设计了具有碳纳米管上CCIs的NHG-CNSs。这些独特的特性使CCI-CNS/CNT负极具有优异的倍率性能、更高的可逆容量和更长的循环寿命(4 A g^-1下循环5000次)。因此，该项工作通过CCI工程提高碳质材料的储钾性能提供了一种方法，有望在其他电池系统中得到更广泛的应用。

图2. DFT计算

Engineering contact curved interface with high-electronic-state active sites for high-performance potassium-ion batteries , Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2023 DOI: 10.1073/pnas.2307477120