【新威周报第40期】近期电池领域顶刊：Angew、AM、AEM等大合集!
今天的《新威周报》专门整理了电池领域科研者近期的顶刊成果。由于篇幅有限，更多优秀科研成果，欢迎大家登录新威智能App阅读（注：《新威周报》为每周的内容精选，App还有更多的科研干货、顶刊动态每日更新，欢迎大家下载体验~）
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锂电池
王春生/范修林Chem Soc Rev(IF=54.6)综述：锂离子电池高压电解液
马里兰大学王春生、浙江大学范修林等人对新型高压电解液系统的最新进展、基本机理、科学挑战和设计策略进行了全面深入的综述，特别关注电解液的稳定性问题、电解液与电极之间的兼容性、相互作用和反应机理。最后，提出了与有效SEI/CEI层相关的高压电解液的新见解、有前景的方向和潜在解决方案，以激发革命性的下一代高压锂电池化学。
成会明院士等AM：改变游戏规则，d-p轨道杂化作为锂硫电池催化活性的描述符
与传统方法相比，本工作通过理论建模展示了一种改变游戏规则的方法，可以加速寻找有前途的候选催化剂，极大地提高其效率和准确性。基于这一原理，我们进行了电子结构计算，发现了SAC和硫物种之间的d-p轨道杂化。研究发现，低原子序数的过渡金属，如Ti，具有较少的填充反键态和更有效的d-p轨道杂化，它能结合LiPSs/Li2S，降低LiPSs还原和Li2S氧化过程中的能量屏障。随后，开发了一种通用和可控的方法来合成SAC嵌入的三维碳泡沫（SACs@CFs），其中选择单原子的Mn、Cu、Cr和Ti催化剂（SAMn、SACu、SACr和SATi）来验证我们的建议。实验结果表明，SACs@CFs改善了锂-S电池的反应动力学和循环性能，SATi@CF对LiPSs还原/Li2S氧化的电化学障碍最低，与计算结果很一致。由于三维导电网络中SATi的高催化活性中心，即使在低催化剂负载和高硫负载的情况下也能获得良好的电池性能。SATi@CF/S显示出良好的压缩和弯曲的机械稳定性，使其成为具有良好性能的可弯曲/可折叠锂-S电池的优秀阴极。所提出的描述符，即SAC和硫物种之间的d-p轨道杂化，可能为开发用于先进锂-S电池的高活性SAC提供宝贵的见解。
首次从锂剥离视角看SEI膜破坏！过程所最新AEM：加点磁场就能稳定SEI
近日中科院过程所的韩永生研究员团队首次提出了SEI膜的扩散限制损伤机理。SEI膜的不均匀性导致锂离子扩散具有区域依赖动力学。较厚SEI的滑移线和缺陷具有比光滑表面更慢的锂离子传导。不均匀的剥离过程会在滑移线与光滑表面的边界形成裂纹，这会进一步使SEI坍塌和严重破坏。基于以上假设，作者在电极外部施加平行磁场来增强SEI局域锂离子扩散。电化学表征和稳定性测试都证实了外加磁场可以有效增强锂离子扩散和抑制SEI破坏。相关研究成果近日发表在《Advanced Energy Materials》上。
何向明&李泓ACS Energy Letters：面向实用的高能锂离子电池负极辨别标准
在这篇工作中，作者用LiN0.6Mn0.2Co0.2O2（NCM622，一种典型的商用高能正极）和多种主要负极材料来计算锂离子电池基于活性材料的实际重量能量密度（GED）。从这一点出发，石墨负极被视为一个标尺或一个GED指示器（见下图2～4）。计算表明，采用氧化物和硫化物负极的锂离子电池几乎不可能获得比采用石墨负极的锂离子电池更高的GED。此外，Si和P负极至少需要480和980 mAh g-1，才能确保锂离子电池分别获得更高的GED。作者展示了为什么一些负极的高理论能量密度不能转化为实际GED，并澄清了各种电池体系的理论容量和实际GED之间的差距。研究表明，硅碳负极的实用化克容量为600-800mAh/g。而大多数氧化物负极材料，石墨烯类负极材料等等均没有实用化的竞争力。研究表明，低平均脱锂电位（ADP）对于高能负极是必不可少的，并且应该作为锂离子电池材料设计和电池开发的筛选标准。作者设计了一个对标图（见下图5），可用于判断一种新型负极在重量能量密度（GED）方面是否可优于石墨，或者确定其需要多少容量才能实现更高的GED。作者开发的方法可用于快速筛选出哪些负极材料值得进一步研究。文末，作者对高能锂电池设计需要考虑的主要参数进行了展望。该工作在ACS Energy Letters上以题为“Criterionfor identifying anodes for practically accessible high-energy-density lithium-ion batteries”在线发表（DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01713）。
华中科技大学曹元成团队ESM：退役锂电池高比例绿色回收利用基础分析
近期，华中科技大学曹元成教授团队在Energy Storage Materials上发表题为“High Reversibility of Layered Oxide Cathode Enabled by Direct Re-generation”的研究论文。通过像差校正扫描透射电子显微镜 (STEM) 和密度泛函理论的原子分析和模拟，综合研究了层状过渡金属氧化物 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (NCM523) 单晶颗粒的失效机制。在了解服役退变机理的基础上，采用直接再生技术，结合固态共晶 Li+熔盐溶液烧结步骤对再生修复技术进行了探索。再生的阴极在整个相区呈现层状晶体结构，并且在阴极质量负载约为 21 ± 0.5 mg cm-2的情况下，500 次循环后软包电池的容量（1.7 Ah）仍保持 90.8% 。此外，改进的策略应用于不同失效程度样品的再生，如 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和商业购买的废样品，表明在 500 次循环后容量保持在 90% 以上。因此，以实验和模拟为支撑的直接再生技术为储能材料的可持续发展提供了基础方向。
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钠离子电池
北航张瑜等Angew：碳酸酯、醚类电解液对有机钠电性能影响为何差异如此之大？
为提示溶解作用对电化学行为产生重大影响。本工作采用N-异戊烯醌（TAPQ）作为正极材料，揭示在不同的电解质环境中溶解作用对钠离子电池性能的影响。TAPQ在以二甘醇为基础的电解质中循环，表现出优异的电化学性能，但在以碳酸盐为基础的电解质中则经历了快速的容量消退。溶解效应的作用主要体现在两个方面：一是通过电极和电解质的相容性稳定阴离子中间体，二是界面电化学特性受溶剂化壳结构的影响。通过揭示失效机制，这项工作为更好地理解电化学行为和从溶解效应的角度提高性能提供了一条途径。
钠电负极，循环一万圈！
大连化物所李先锋研究员、郑琼副研究员和燕山大学唐永福教授在Angew上发表了最新的钠离子电池进展，合成了一种长循环的钠离子电池负极材料，同时在锂离子电池中也能发挥出作用来。作者提出了一种珊瑚状FeP复合材料，通过高分子前驱体的磷化和碳化，FeP纳米颗粒被锚定并分散在氮掺杂的三维碳框架上(FeP@NC)。由于高度连续的N掺杂碳骨架和FeP纳米粒子周围的弹性缓冲石墨化碳层，FeP@NC复合材料的钠离子电池在10 A g-1时表现出超稳定的循环性能，在10000圈循环后，容量保持率为82.0%。将其用于锂离子电池负极，在10 A g-1下循环，5000圈之后，容量保持率为90.3%。更重要的是，一种有趣的颗粒细化实现循环过程中容量增加的机制得到了很好的证实。特别是FeP纳米颗粒在第一个循环中经历了细化-复合的过程，经过几十个循环后呈现出全局性的细化趋势，导致石墨化程度和界面磁化强度逐渐增加。并进一步为Na+存储提供更多的活性位点，并有助于提高循环容量。容量上升的现象也可以延伸到锂离子电池(LIBs)。为SIBs/LIBs的高性能阳极材料的设计提供了一种可行的解决方案。
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锌电池
中南大学锌电池AFM：“锌”灰意冷，“铈”来运转 Energist
近日，中南大学周江、梁叔全教授等人在国际著名期刊Advanced Functional Materials上发表了题为“Stabilization of Zn Metal Anode through Surface Reconstruction of a Cerium-Based Conversion Film”的研究性论文。该工作研究了铈基转化膜对锌金属负极的保护作用，并对其抑制腐蚀和枝晶生长的机理进行了深入和系统的研究。通过化学转化法制备了铈基转化膜，实现了锌金属表面的重构。在锌晶界附近更快地生长的膜层有效地防止了锌表面微腐蚀的发生，亲锌性的膜层同时促进了锌成核势垒的降低和均匀沉积。结果表明，使用铈基转化膜改性的锌金属负极（Zn@CCF）具有良好的耐腐蚀性和循环稳定性。基于Zn@CCF负极的水系锌电池也具有更佳的电化学性能。
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钾离子电池
湖大朱建AFM：新纪录！10 秒充电，循环寿命5000次！
由于K离子半径大，导致钾离子电池（PIB）的脱嵌反应缓慢，电极材料结构易坍塌，导致功率密度有限和稳定性差等问题。构建具有快速离子和电子传输通道的电极材料是一种有效解决方案。在此，湖南大学朱建副教授等人设计合成了具有N/O双掺杂的径向多孔碳纳米球 (RPCNS) 作为高功率PIB的负极。独特的径向孔结构和长程无序的碳基体极大地促进了K离子的渗透和快速脱嵌动力学，也有效地缓解了层空间膨胀。此外，大比表面积和N/O双掺杂提供了丰富的活性位点，以增加表面主导的K存储和离子传输。
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二维材料
清华大学刘碧录Materials Today: “自动版”黏胶带剥离实现高质量二维材料的规模制备
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