1. Journal of the American Chemical Society：稳定多相转换实现超低温有机钠电池

有机电池具有天然丰富、低成本的电极材料，与灵活的分子结构和表面控制反应相关的快速动力学等优势。然而，由于电极的动力学性能较差，在超低温条件下运行充电电池是一个重大的实际问题。

在此，阿德莱德大学乔世璋团队首次报道了稳定的多相转换，以实现超低温有机钠电池的快速动力学和长期耐久性。具体而言，作者将玫瑰红酸钠有机电极与单层氧化石墨烯结合在一起，避免了有机自由基中间体的消耗，结果表明设计的有机电极具有优异的电化学性能，在-50 ℃时的容量高达130 mAh g^-1。

结果显示，与普鲁士蓝类似物相结合的全电池在-40 ℃条件下具有大于 7000 次循环的优异稳定性，同时在300 mA g^-1的高电流密度下保持101 mAh g^-1的放电容量。这是非水系电池中超低温性能最好的电池之一，特别是该种软包电池在零下 50 ℃ 的条件下仍能持续供电。

图1. 超低温钠储存特性

总之，该工作将纳米级玫瑰红酸钠作为有机电极，其在-50 ℃的超低温条件下表现出惊人的钠储存性能。独特的多相固-液-固转换反应实现了快速动力学。通过利用与GO的π电子相互作用，nDSR电极内自由基中间体的氧化还原反应活性和稳定性得到了调节。Na||nDSR*π 半电池在-50 ℃时显示出130 mAh g^-1的高容量。

重要的是，nDSR*π||PBA 全电池表现出超长的循环稳定性，在-40 ℃条件下，经过7000次循环，仍能保持101 mAh g^-1的稳定容量输出。据报道，这是钠离子电池中超低温性能最好的一种。

图2. 在-50 ℃下的全电池软包性能

Establishing Exceptional Durability in Ultralow-Temperature Organic-Sodium Batteries via Stabilized Multiphase Conversions, Journal of the American Chemical Society 2024 DOI: 10.1021/jacs.3c11931

2. Nature Communications：弱溶剂化电解质用于可充电水系锌离子电池

水溶剂化引起的结构坍塌和副反应是制约锌离子电池实际应用的主要因素。[Zn(H₂O)₆]²⁺溶剂化结构中Zn²⁺与H₂O之间的强配位键，导致Zn²⁺的脱溶剂化动力学缓慢，会使得Zn²⁺-H₂O配合物共嵌入正极材料中，导致不可逆的晶格膨胀，最终引起结构坍塌。[Zn(H₂O)₆]²⁺脱溶剂化时释放的大量水分子会与Zn负极接触，引发析氢反应(HER)、腐蚀等副反应。因此，减少溶剂化水的数量是抑制AZIBs正极和负极失效的关键。

在此，中山大学卢锡洪、杨祖金，东莞理工学院谢世磊等人配制了一种弱溶剂化电解质，以降低H₂O的溶剂化能力，并增强SO₄²⁻与Zn²⁺相对于H₂O的配位竞争力。结果显示，实现了 Zn²⁺ 的贫水溶剂化结构首先可以消除 Zn 负极上溶剂化 H₂O 介导的不良副反应。其次可以提高 Zn²⁺ 的去溶剂化动力学并抑制 Zn 枝晶生长以及正极结构畸变。

最后，这两个因素的协同作用使全电池具有长寿命，包括 Zn/NaV₃O₈·1.5H₂O、Zn/MnO₂ 和 Zn/CoFe(CN)₆ 电池。更重要的是，组装了实用的可充电AA型Zn/NVO电池，其容量为101.7 mAh，在0.66 C下循环30次后容量保持率稳定为96.1%。

图1. WSE中NVO正极的电化学性能及结构演变

总之，该工作通过将丁酮作为电解质添加剂，降低H₂O的溶剂化能力，从而使溶剂化后的H₂O减少，形成一种[(Zn²⁺)(H₂O)_4.3(SO₄²⁻)_1.3(C₄H₈O)_0.4]的贫水溶剂化结构，减轻了电池循环过程中正极结构畸变/坍塌以及Zn负极枝晶生长和副反应。

结果显示，采用WSE的AA-Zn/NVO容量高达101.7 mAh,30次循环后容量保持率高达96.1%。尽管水系锌离子电池仍有许多需要探索的地方，例如寻找性能更好的负极和高质量负载正极(>20 mg cm^-2)的制造技术，但该工作提出的电解质设计策略为实现水系锌离子电池的高可持续性发展迈出了重要一步。

图2. AA-Zn/NVO电池的电化学性能

A weakly solvating electrolyte towards practical rechargeable aqueous zinc-ion batteries, Nature Communications 2024 DOI: 10.1038/s41467-023-44615-y

3. Energy Storage Materials：4.6V锂金属电池中不可燃全氟化碳酸酯电解质在高温下的衰减机制

高度氟化电解质因其独特的性能在锂金属电池（LMB）中引起了广泛关注。然而，氟化电解质在高温下的复杂衰减机制尚不清楚，这对于评估其在极端环境中实际应用的适用性至关重要。

在此，华中科技大学胡先罗团队研究了高温对含氟电解质稳定性的影响以及 4.6 V锂钴氧化物正极与电解质间界面的形成机制。

结果表明，温度升高会显著影响电解质的稳定性和界面产物的形成。特别地，在高温和4.6 V条件下，1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚会在活性氧的催化下分解。其中，含氟电解质的降解主要是由温度引起的碳酸氟乙酯分解造成的。虽然碳酸（2,2,2-三氟乙基）甲酯在该含氟体系的溶剂中具有极高的稳定性，但在极端环境中仍会发生降解。

图1. 55℃循环过程中AF电解液在正极表面发生分解反应

总之，该工作揭示了全氟电解质在55℃下失效的根本原因。具体而言，FEC开环和LiPF₆水解副反应受温度影响较大，导致电池性能加速恶化。同时在4.6 V LCO基的LBs中验证了TTE分解及其产物。在该工作中尽管溶剂化结构有所改善，但TTE还可能产生额外的HF，对55 ℃下的电池性能产生负面影响。此外，LiPF₆的不稳定性以及FEC和LiPF₆之间的副反应显着促进氟化电解质的降解。同时，正极释放的氧气加速了TTE和FEMC的分解。

结果表明，即使是含量为5%的FEC也足以在早期阶段形成所需的CEI。因此，该项工作为高度氟化电解质的设计和优化铺平了道路，进而开发出能够承受极端环境的4.6V LiCoO₂基LMB。

图2. 溶剂化结构、电化学性能和 ARC 结果

Unveiling decaying mechanism of non-flammable all-fluorinated carbonate electrolytes in lithium metal batteries with 4.6-V LiCoO2 cathodes at elevated temperatures, Energy Storage Materials 2024 DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103177

4. Journal of the American Chemical Society：基于非固体放电产物的非质子锂-氧电池

对于高重量储能装置，无质子锂-氧(Li-O₂)电池被认为是锂离子电池的一种有前途的替代品。然而，缓慢的电化学动力学、钝化以及固体放电产物对正极的结构破坏极大地阻碍了锂离子电池的实际应用。

在此，吉林大学徐吉静团队将铱(Ir)单原子基多孔有机聚合物(Ir/AP-POP)作为用于Li-O₂电池的均匀、可溶性电催化剂旨在实现电解质溶液中化学计量外的Li_1-xO₂的非固态放电产物。由于原位形成的Ir₃Li和LiO₂之间高度相似的晶格匹配效应，有利于与电解质溶液中的O^2-/LiO₂中间体相互作用，实现非固体LiO₂作为锂离子电池电解质溶液中的最终放电产物。

因此，具有可溶性Ir/AP-POP电催化剂的Li-O₂电池表现出12.8 mAh的超高放电容量、0.03 V的超低过电位和700小时的长循环寿命。

图1. 溶液中Ir/AP-OP催化剂诱导的非固体LiO₂的图解

总之，该工作将Ir基催化剂作为Li−O₂电池电解液中的可溶性催化剂。作者提出了一种在Li-O₂电池电解液中形成非固态LiO₂的单电子放电过程（即LiO₂和Li₂O₂都包含在Li-O₂电池的放电产物中）。通过FIB-TOFSIMS光谱和DEMS分析可以有效证明溶液中存在缺陷LiO₂，而正极上没有Li₂O₂，这有利于通过形成的Li₂O₂保护正极不钝化进而延长溶液中放电产物的生长界面。

DFT结果表明，采用Ir SAC的生长机制将非固体放电产物锚定在聚合物上，形成的非固态放电产物足够稳定，可以在0.03 V的超低过电位下反复充放电。因此，该工作进一步扩展了对材料和生长途径的理解，使电化学非固体放电产物锚定在Li−O₂电池中应用，并证明了LiO₂在晶格匹配溶液中稳定的潜力。

图2. 液相Ir基催化剂的模板效应

Aprotic Lithium–Oxygen Batteries Based on Nonsolid Discharge Products, Journal of the American Chemical Society 2024 DOI: 10.1021/jacs.3c08656

5. Nature Communications：全固态锂电池卤化物超离子导体的结构调控

金属卤化物固体电解质由于具有高的离子电导率、宽的电化学稳定窗口以及与氧化物正极材料的良好相容性而受到广泛关注。高离子导电卤化物电解质的探索正在积极进行。因此，了解成分和晶体结构之间的关系是设计更好的卤化物电解质的关键指南。

在此，西安大略大学孙学良、梁剑文等人描述几何条件和离子条件的阳离子极化因子可以有效预测卤化物电解质的堆积结构。通过合理设计和制备超过10种在25℃下具有10 ^-3 S cm ^-1高离子导电的卤化物电解质来补充这一原理，作者确定有多种有高离子电导率的卤化物电解质有待发现和开发。

这种方法可以系统地筛选各种潜在的卤化物电解质，并展示了一种设计具有超越结构和稳定性预测的超离子电导率的卤化物电解质的方法。

图1. 阳离子极化因子及其在解决hcp-T和hcp-O结构卤化物分离临界点中的应用

总之，该工作通过提出一个阳离子极化因子τ并绘制了现有和潜在的超Li离子导电卤化物的结构分布图。卤化物的hcp-T、hcp-O和ccp-M结构之间的主要区别是阳离子和阴离子亚晶格之间的极化。τ不仅可以成功地对实验观测到的卤化物结构进行分类，而且可以预测未报道的卤化物SSE的组成结构。在τ的引导下，已鉴定并合成了10多个RT离子电导率大于10^-3s cm^-1的卤化物电解质。

此外，τ可以用来预测不同阳离子浓度和不同多价阳离子混合物下的卤化物的相变组成。良好的相变设计可以有效地调节卤化物的锂导电行为。因此，该工作所提出τ的使用能够加速对卤化锂超离子导体的探索和设计。

图2. 阳离子半径差效应

Structural regulation of halide superionic conductors for all-solid-state lithium batteries, Nature Communications 2024 DOI: 10.1038/s41467-023-43886-9

6. Advanced Energy Materials：高压固态电池氧化还原正极的空间异步激活机制

富锂层状氧化物(LRLO)由于其高容量和宽工作电压范围，在全固态锂电池(ASSLB)中显示出巨大的潜力。然而，LRLO在ASSLB中的实际应用受到固-固界面载流子传输严重失效的阻碍，从而限制了这些电池的电化学活性。

在此，中国科学院青岛生物能源与过程研究所的崔光磊、马君，台湾同步辐射研究中心何樹智等人介绍了对富锂正极 Li_1.2Ni_0.16Co_0.08Mn_0.56O₂（LLO）在ASSLBs中不同温度和循环过程中不同时间点的活化机制的研究。

结果表明，从表面到体相，TMs和O在LLO内活化的空间异质性。TMs的活化发生得很快，而O的活化则表现出从表面到体相的空间滞后性，并且在很大程度上取决于工作温度和循环次数。这种空间异质性与复合正极的微结构缺陷导致载流子无法跨界面传输高度相关。

图1. LLO的原位XRD图谱

总之，该工作揭示了ASSLB中的LLO在空间上发生异步活化的机制。活化过程涉及O和TMs从表面到块体的逐步活化。TMs的活化主要发生在初始充电过程中，相对快速且均匀，而氧气的活化则是一个持续的过程，发生在ASSLB的整个长期循环过程中，速度较慢且在空间上比较迟缓。ASSLB中LLO的空间异步活化与复合正极中的微结构缺陷导致的固固界面载流子传输失败密切相关。

因此，优化复合正极的微观结构对于提高阴离子氧化还原动力学至关重要。同时，该工作促进了基于LLO的高性能ASSLB的开发。

图2. 固相法 (SPM) 制备的原始复合正极的典型 SEM 和相应的 EDS 映像

Unraveling the Spatial Asynchronous Activation Mechanism of Oxygen Redox-Involved Cathode for High-Voltage Solid-State Batteries, Advanced Energy Materials 2024 DOI: 10.1002/aenm.202303797

7. Advanced Materials：硫正极中的阴离子调节硫转化可最大限度提高K-S电池的电压和倍率性能

钾-硫（K-S）电池在大型储能系统中备受关注。其中小分子/共价硫（SMCS）可以通过固-固硫转化来避免多硫化物的穿梭效应。但SMCS含量较低（≤40%）会造成固-固反应动力学缓慢，放电电位低。

在此，广东工业大学黄少铭团队通过C/S共沉积工艺将SMCS限制在碳层中，含量约为74.1 wt%。结果显示，SMCS@C 作为正极和 KFSI-EC/DEC 作为电解质组装的 K-S 电池在1000次循环后3 A g^-1下的可逆容量为384 mAh g^-1 。SMCS@C||K全电池在3 A g^-1下的能量和功率密度分别为72.8 Wh kg^-1和873.2 W kg^-1。

研究表明，扩大的碳层空间使得K⁺-FSI^–离子对能够扩散，并且它们之间的库仑吸引力加速了它们在SMCS@C中的扩散。此外，FSI^–沿着两个平台固态反应途径在碳层内原位调节硫转化，从而降低自由能并削弱中间体的S-S键，从而导致更快、更有效的硫转化。

图1. 硫转化动力学过程

总之，该工作通过C/S共沉积工艺将SMCS限制在碳层中，含量约为74.1 wt%。结果显示，SMCS@C 作为正极，KFSI-EC/DEC 作为电解质组装的 K-S 电池表现出优异的电化学性能。对硫转化机理的表征和计算证实了SMCS@C中碳层间的增大以及K⁺和FSI^–之间的库仑引力促进了SMCS@C中K⁺-FSI^–对的扩散。

在SMCS@C的碳层中，硫的转化主要通过FSI^–参与，形成了S→KS_n-KSI-S_nK (2.5 ~ 2.0 V)→KS-KSI-SK (1.2 ~ 2.0 V)的双平台固态反应途径，这种新型的硫转化化学反应导致中间体自由能低，S-S键弱，从而实现了更快、更高效的硫转化。因此，该工作为探索新型硫电极材料，开发高耐久放电电压和高倍率性能的K-S电池提供了重要的理论依据。

图2. 电池性能

Anion-Regulated Sulfur Conversion in High-Content Carbon Layer Confined Sulfur Cathode Maximizes Voltage and Rate Capability of K-S Batteries, Advanced Materials 2024 DOI: 10.1002/adma.202311127

8. Angewandte Chemie International Edition：仿生微量富含羟基的电解质添加剂用于低温下高倍率锌离子电池

在低温下工作的高倍率和稳定的锌离子电池在实际应用中非常理想，但面临动力学缓慢和严重腐蚀的挑战。

在此，西北工业大学官操团队受抗冻植物的启发，报道了微量富含羟基的电解质添加剂，其对高性能低温锌离子电池实现了双重重塑作用。该种具有高Zn吸附能力的添加剂不仅通过交替的H₂O分子重塑Zn²⁺主溶剂壳，而且形成屏蔽层从而重塑Zn表面，有效增强Zn²⁺快速脱溶剂化反应动力学并防止Zn负极腐蚀。

以微量α-D-葡萄糖(αDG)为例，电解液获得-55.3℃的低凝固点，Zn//Zn电池可在-25℃下以5 mA cm^-2稳定循环2000小时，具有5000 mAh cm^-2的高累积容量。此外，作者还展示了在-50℃下稳定运行10000次循环的全电池。

图1. 富羟基αDG添加剂对Zn低温沉积形貌影响的评价

总之，该工作报道了一种用于低温ZIBs的仿生微量富羟基电解质添加剂。富羟基αDG添加剂不仅通过H₂O分子交替对Zn²⁺主溶剂壳进行重塑，而且通过形成吸附屏蔽层对Zn负极表面进行重塑。这种双重重塑有效地提高了Zn²⁺离子的快速脱溶剂反应动力学，防止了Zn负极的腐蚀，促进了Zn²⁺均匀成核和无枝晶沉积。

此外，该电解质的凝固点较低为-55.3℃。本研究采用ZnCl₂-αDG电解质的锌电极在-25℃的条件下，在5 mA cm^-2下(累计容量为5000 mAh cm^-2)可稳定循环2000 h；在-40℃条件下，在5 mA cm^-2下(43% DOD)可稳定循环800 h，在低温条件下具有较高的Zn利用率。因此，仿生富羟基添加剂可以扩展到具有类似αDG的富羟基结构的其他糖(如蔗糖)，这可以提高ZIBs在低温下的电化学性能。

图2. 低温下全电池电化学性能的评价

Bio-inspired trace hydroxyl-rich electrolyte additives for high-rate and stable Zn-ion batteries at low temperatures, Angewandte Chemie International Edition 2024 DOI: 10.1002/anie.202318496