【新威周报第42期】固态电解质Nature、孙学良AM、余彦AM、崔光磊Angew……

小智：资讯宝藏、电池前沿、热文推荐、学术会议，每周五，2分钟带你一览本周重点资讯。（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~）

1

电池前沿

“木头大王”最新固态电解质Nature：Cu2+打通纤维素，扩展成为分子级通道，实现Li+的高速自扩散

近日，马里兰大学胡良兵教授用Cu²⁺对纤维素隔膜进行改性，打开了沿纤维素一维方向锂离子扩散的高速通道，成功制备高导离子、高转移数、高强度、低成本的聚合物固态电解质，打破了聚合物电解质锂离子传输依赖于链段运动的局限。该工作的主要内容为：1. 通过溶剂交换作用，将Cu²⁺引入纤维素链段之间，扩大的链段间距形成了利于锂离子运输的分子级通道。2. 纤维素链段表面大量的含氧官能团和结合水可以实现锂离子的独立传输，不需要依赖于链段的运动。3. 所制备的导锂纤维素具有无定形结构，室温下测试，一维方向离子导电率为1.5 mS cm^-1，离子转移数为0.78，激活能为0.19 eV，电化学窗口为0~4.5V。4. 导锂纤维素作为正负极材料的离子导电添加剂，可以显著提高电极离子浸润性，实现电极材料的高负载。该文章发表在期刊Nature上，杨春鹏，吴其胜，谢炜琪为第一作者。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03885-6

扫码阅读原文

Science发完不到一月，孟颖教授等人今日再发Nature Energy

在电极上实现高致密的锂沉积，且可用于可逆沉积/剥离的锂负极仍然是一个挑战。鉴于此，美国加州大学圣地亚哥分校Ying Shirley Meng（孟颖）教授和Chengcheng Fang，联合美国爱达荷国家实验室Boryann Liaw研究员（共同通讯作者）通过控制电池循环过程中的堆叠压力，实现了具有理想柱状结构的致密化锂沉积电极（电极密度为 99.49%）。同时，结合3D冷冻聚焦离子束扫描电子显微镜（cryo-FIB-SEM），冷冻透射电子显微镜 (cryo-TEM)，滴定气相色谱（TGC）和分子动力学 (MD) 模拟，阐明了堆叠压力对锂成核、生长和剥离过程的关键作用。研究表明，压力调节锂成核和生长有两种方式：首先，通过改变锂顶表面的表面能，在微尺度上调整有利的锂生长方向；其次，通过施加机械约束，在纳米尺度上增加锂沉积的密度。更加重要的是，发现堆栈压力对SEI结构和组件的影响可以忽略不计。在剥离过程中，压力在保持电子传导通路和最小化“死锂”形成方面起着关键作用，而电化学沉积的锂储存是保持致密锂结构及其循环可逆性的关键。此外，作者着重指出了精确调控锂沉积和溶解是实现锂金属电池快速充电（4 mA cm^-2）和低温运行的关键步骤。相关研究成果“Pressure-tailored lithium deposition and dissolution in lithium metal batteries”为题发表在Nature Energy上。

原文链接：

https://nyxr-home.com/wp-content/uploads/2021/10/s41560-021-00917-3.pdf

扫码阅读原文

Joule：锂电回收重大突破！70%/11600次循环，高倍率性能更好

本工作开发了一种闭环的LIBs回收工艺，它结合了湿法冶金和直接回收技术的优点，并且可以成功地扩大规模。在这里，我们证明了具有优化微观结构的回收阴极材料具有迄今为止最好的工业相关测试结果（高达11 Ah电池），并与最先进的商业等价物（以下简称对照）进行比较。有趣的是，回收的材料不仅通过了所有积极的工业插电式混合电动车（PHEV）电池测试，而且在一些测试中还超过了对照组。通过对原始材料和循环材料的详细实验和建模分析，研究发现，独特的多孔和较大的内部空隙微结构使其具有卓越的速率和循环性能，并减少相变。与对照样品相比，回收的NMC111的表面积大82.14%，累积孔隙体积大61.25%。甚至有些回收颗粒的空隙外径等于颗粒直径的40%至60%。与对照材料相比，独特的微观结构可以在放电/充电过程中减少16%的环向应力，并改善锂的化学扩散系数，使循环寿命和速率性能表现优越，相变少。该成果为将回收材料重新引入新电池铺平了道路。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.09.005

扫码阅读原文

斯坦福戴宏杰&上海交大陈长鑫最新Nature子刊：压扁碳纳米管形成石墨烯纳米带

边缘光滑、带隙大和迁移率高的窄且长的GNR的制备依然是一个大的挑战。为解决该问题,上海交通大学陈长鑫教授研究组与斯坦福大学戴宏杰教授、美国SLAC国家加速器实验室Wendy L. Mao教授研究组等合作发展了一种通过联合高压和热处理将碳纳米管（CNT）压扁的方法以制备具有原子级光滑闭合边缘的亚10纳米宽的半导体性GNR。这种全新的方法可以制备窄至1.4 nm的纳米带，并且可使样品中多至54%的单壁和双壁CNT被转变为GNR。研究人员还使用硝酸作为氧化剂选择性蚀刻被压扁的CNT的边缘，制备了边缘打开的GNR。使用2.8 nm宽的边缘闭合GNR制作的场效应晶体管（FET）的开/关电流比高于10⁴，GNR的带隙被估计为494 meV。器件的场效应迁移率可达2443 cm² V^-1 s^-1，开态沟道电导率为7.42 mS。相关研究结果近日被发表在Nature Electronics期刊上 （Nature Electronics, 2021, 4: 653-663）。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41928-021-00633-6

扫码阅读原文

孙学良/贺艳兵/康飞宇AM：碳包覆固态电解质作为锂硫电池催化剂

该工作设计了一种电子和离子共导的C@LATP复合固态电解质，以实现LiPSs的快速吸附-转化，实现稳定的Li-S电池。C@LATP通过LATP主体的高效锂离子传输和碳包覆层的优良电子传输，可以促进LiPSs向Li₂S的瞬间转化。C@LATP大大提高了LiPSs和Li₂S之间转化的反应动力学。C@LATP对LiPSs有很强的吸附性，而碳层可以防止LATP和S阴极之间发生副反应。因此，使用C@LATP的锂-S电池的硫利用率、循环稳定性和自放电都得到了极大的改善，特别是在高硫含量的情况下。使用C@LATP的锂-S电池在2C时的初始容量为751 mAh g^-1，在1C的1000次循环中，每循环的衰减率为0.032%。使用C@LATP的锂-S电池的高硫含量为5 mg cm^-2，在0.5C的100次循环后，保持了4.1 mAh cm^-2（804.1 mAh g^-2）的高平均容量。该工作提出了一种具有高电子和离子共导性、对LiPSs具有强吸附性的多功能综合固态电解质作为催化剂，实现了LiPSs在锂-S电池中向Li₂S的瞬间转化，为固态锂硫电池的发展开辟了新思路。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202105362

扫码阅读原文

中科大余彦AM：钠/钾金属上构筑新型Na₂Te/K₂Te界面保护层！

中国科学技术大学洁净能源与纳米材料实验室余彦教授近日在国际顶刊AdvancedMaterials上发文制备了一种Na₂Te/K₂Te保护层应用于钠/钾金属电池中。密度泛函理论（DFT）理论计算和分子动力学(AIMD)模拟预测了Na₂Te显示出较低的Na⁺扩散势垒和较高的扩散系数，表明Na₂Te有利于Na⁺的迁移并抑制Na枝晶的生长。其设计的Na₂Te保护层具有高离子电导率、低电子电导率和Na金属阳极的高机械稳定性。Na₂Te改性金属钠(Na@Na₂Te)电极在 1mA cm^-2的电流密度下表现出高循环稳定性达到700小时，其中在碳酸盐电解质中的剥离/电镀容量为1 mAh cm^-2。同时SMB性能在Na₃V₂(PO₄)₃//Na@Na₂Te电池中进行了评估，在20C下循环3000次并具有93% 的超高容量保持率以及前所未有的29 687 W kg^-1功率密度和223Wh kg^-1的能量密度。对于K 金属阳极，K₂Te改性样品(K@K₂Te)在 0.5mA cm^-2电流密度下展示了800小时的长循环寿命和碳酸盐电解质中0.5 mAh cm^-2的能量密度。与PTCDA正极配对使用时，表现出优异的循环性能（在20C下循环1000次后76%的容量保持率）和20577W kg^-1的功率密度及154Wh kg^-1的能量密度。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202106353

扫码阅读原文

崔光磊研究员最新Angew：极简单的材料和方法，激活固态锌离子电池室温应用

近日，中科院青岛生物能源与过程所崔光磊研究员，赵井文，青岛科技大学周新红等报告了一种以前未曾探索过的方法，即通过结晶基于Zn(TFSI)₂的深共晶溶剂（ZES）来制造Zn²⁺导电固态电解质（ZCE）。通过诱导有机锌盐和双极配体形成的定制共晶液体的结晶，开辟了一条构建固体Zn²⁺-离子导体的新途径。高熵共晶网络有助于削弱离子关联，并在成核剂表面形成界面Zn²⁺传导通道，从而形成具有Zn²⁺传输的特殊选择性（tZn²⁺=0.64）和可观的Zn²⁺传导性。此外，TFSI^--tethered 区也有助于通过路易斯酸碱相互作用建立额外的界面离子传导途径，使ZCE的离子传导率提高到5.91×10^-5 S cm^-1（30℃，约为传统聚合物电解质的100倍）。同时，ZCE具有与锌阳极的电化学兼容性，这体现在可逆的锌电镀/剥离超过4000次。固态Zn/V₂O₅电池进一步验证了ZCE的实际适用性，它的比容量为134.7 mAh g^-1，平均库伦效率（CE）超过99.78%。这里提出的反应机制可能会刺激多价离子固态电解质设计向非常规媒介物的范式转变。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202113086

扫码阅读原文

杨勇教授AEM：全固态电池锂枝晶研究新思路：关联缺陷！

如何直接表征固|固界面并了解锂金属在沉积过程中的形核和生长以及伴随的枝晶穿透现象是解决固态SSLB安全性和功率密度的关键。鉴于此，厦门大学杨勇教授课题组和王鸣生教授课题组经过3年多的研究工作，报道了用原位扫描电镜（SEM）技术跟踪和监测了金属Li在Au|SE界面的动态沉积过程。结果表明， Li沉积位置和生长方式在很大程度上取决于电解质基底的质量，与电解质内部的缺陷（孔隙、晶界、杂质相）密切相关。相关成果以“Linking the Defects to the Formation and Growth of Li Dendrite in All-Solid-State Batteries”为题，发表在国际顶级期刊Advanced Energy Materials上。厦门大学博士研究生王红春和高浩文为本文的共同第一作者，通讯作者是杨勇教授和王鸣生教授。该课题得到国家重点研究发展计划、国家自然科学基金等的支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/aenm.202102148

扫码阅读原文

>>>更多顶刊动态，欢迎登录新威智能App了解，获取每天的最新资讯！

2

热文推荐

软包锂离子电池制作工艺流程详解

本文从软包电芯，铝塑包装膜，铝塑膜成型工序，顶侧封工序，注液、预封工序，静置、化成、夹具整形工序，二封工序，后续工序等多方面详细流程介绍。

扫码阅读

又一公司公布全固态电池数据，这数据相当漂亮！

近日，Solid Power 公布了高含量硅全固态电池的安全和性能数据，引发行业强烈关注！Solid Power 是一家位于美国科罗拉多州路易斯维尔的公司，为电动汽车和移动电源市场生产全固态可充电电池。Solid Power真正的全固态电池旨在为续航里程更长、成本更低且更安全的电动汽车提供动力。Solid Power与宝马集团和福特汽车公司签订了广泛的正在进行的联合开发协议，为未来的电动汽车开发和生产全固态电池。该公司得到了福特、宝马、现代、三星、Volta Energy Technologies、优美科、A123 Systems、Sanoh 和 Solvay 等世界级战略投资者的支持。Solid Power用专有的硫化物固体电解质代替了传统锂离子电池中的易燃液体电解质。因此，Solid Power的全固态电池在较宽的温度范围内更安全、更稳定，与最好的可充电电池相比，能量密度可提高50-75%，实现更便宜、能量密度更高的电池电池组设计并与传统的锂离子制造工艺兼容。

扫码阅读

>>>更多内容，欢迎登录新威智能App阅读

本文资讯宝藏、电池前沿、热文推荐等内容，综合选取自高工锂电网、储能科学与技术、能源学人、微算云平台、中国科学报、中国能源报等。关注「新威智能」App，获取更多行业讯息。

上期推荐

关注「新威智能」App

每周五，你的第一份周资讯，就由小智我为你奉上啦

▼