【新威周报第45期】近期10篇电池顶刊：孙学良院士固态电池重磅、电解液设计新思路……

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资讯宝藏

好书推荐 | 陈立泉院士、杨全红教授、李泓研究员主编：《动力电池技术创新及产业发展战略》出版

日前，由陈立泉院士主持，杨全红教授、李泓研究员、陈立泉院士主编的《动力电池技术创新及产业发展战略》一书由化学工业出版社出版，该书依托中国工程科技发展战略天津研究院重大项目，200余人次动力电池领域专家参与研讨，是就国内动力电池的发展现状、产业技术水平、前沿技术发展趋势和重大技术突破方向等方面全面梳理的高屋建瓴的著作。

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双十一活动来啦！研选商城5折优惠蓄势待发，还有抽奖活动等你参加！

双十一5折优惠！11月10-18日，9天狂欢！5V10mA电池检测系统、迷你恒温试验箱、纽扣电池壳等热门实验器材可享 5折 优惠！！！还有抽奖活动，丰富的礼品等你来拿！感兴趣的科研er可登录/下载「新威研选」App参与活动，即可以优惠价入手啦~

重磅统计！2020年国家科技奖，哪些高校获奖最多？

11月3日，2020年度国家科技奖获奖名单正式出炉。据青塔统计，2020年国家奖通用项目中，浙江大学以第一完成单位斩获奖项数量最多，共获得国家奖11项；上海交通大学斩获7项，表现突出。获得奖项数量在5项及以上的还有北京大学（6项）、清华大学（5项）；获得奖项数量为4项的有大连理工大学、中国农业大学、天津大学、哈尔滨工业大学、武汉大学。此文含2020年度国家科技奖第一完成单位获奖情况统计（附属机构合并统计）。

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电池前沿

IF=60.622！Chem. Rev.综述：从材料到电池：锂离子电池电极加工的最新和前瞻技术

电极加工在推进锂离子电池（LIB）技术方面发挥着重要作用，并对电池能量密度、制造成本和产量产生重大影响。然而，与材料开发相比，关于电极加工和电池制造的总结要少得多，尤其是将材料特性与加工设计和约束相关联。在此，美国橡树岭国家实验室Jianlin Li研究员等人概述了从材料到电池组装的LIB电极加工的每个步骤，总结了各个步骤的最新进展。综述重点关注（1）材料性能与加工设计的关系；(2) 每一步的目标和挑战；(3)步骤之间的相关性；(4) 从实验室规模扩大到中试规模的挑战；(5)每一步的加工成本；(6) 加工和制造步骤的限制；（7）未来加工制造技术。本文旨在概述LIB制造从粉末到电池形成的整个过程，并弥合学术发展与工业制造之间的差距。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00565

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八年攻关，中国科大李微雪团队最新《Science》！

合理设计具有足够耐热性和操作寿命的纳米催化剂，除了具有高活性和选择性外，即使对于一般纳米科学领域也具有重要的经济和科学价值。鉴于此，中国科学技术大学李微雪教授和团队成员胡素磊博士经过八年攻关，使用以人工智能和大数据分析为代表的数据驱动科学发现研究范式，积极探索控制纳米材料生长的基本原理，以热诱导和化学诱导纳米催化剂生长动力学为着眼点，揭示了金属与载体界面作用的线性标度关系和相应的描述符，建立了界面作用控制纳米催化剂生长动力学和抗烧结性的理论方法。该理论被基于第一性原理神经网络势函数大规模分子动力学模拟和大量已发表实验数据证实。在此基础上，进一步提出了利用双功能载体打破标度关系限制的高通量筛选策略，为改进纳米催化剂的抗烧结稳定性提供了理论研究方法。相关研究成果以题为“Sabatier principle of metal-support interaction for design of ultrastable metal nanocatalysts”发表在最新一期《Sciecne》上。

原文链接：

http://www.science.org/doi/10.1126/science.abi9828 

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Arumugam Manthiram AEM:无钴锰富镍层状正极用于安全、长寿命的锂离子电池

德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram教授团队研究了一种不含Co和Mn的高镍LiNi_0.93Al_0.05Ti_0.01Mg_0.01O₂(NATM)正极，在全电池800次长循环中表现出82%的容量保持率，超过了两种商业化富镍正极LiNi_0.94Co_0.06O₂(NC，52%)和LiNi_0.90Mn_0.05Co_0.05O₂(NMC，60%)。该工作以“A Cobalt- and Manganese-Free High-Nickel Layered Oxide Cathode for Long-Life, Safer Lithium-Ion Batteries”为题发表在Advanced Energy Materials期刊上。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202102421

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孙学良院士固态电池重磅：解密氯化物高电化学稳定性起源

该工作为设计具有宽电化学窗口和高离子传输效率的卤化物电解质提供了新的视角，并通过X射线吸收光谱的原子级观察证明了理论第一性原理计算的完善。全固态电池（ASSB）因其本质安全性和潜在的高能量密度而受到广泛关注。为了实现ASSB，开发具有高电化学稳定性的固态电解质（SSE）至关重要。在这里，来自加拿大西安大略大学的孙学良团队在Nano Energy报告了一系列具有高电化学稳定性（4.5V（相对Li⁺/Li）），最初采用正极极限低的非锂金属元素作为非锂金属元素，并进一步引入稳定的Zr-Cl键。此处所有的CV测试均使用含碳添加剂的电极，测试得到的电化学窗口与理论值非常接近。氯化物电解质的氧化电位足够高，可以直接与裸正极材料耦合。通过将第一性原理计算与X射线吸收光谱的原子级观察完美结合，发现了实用多金属氯化物SSE局部结构的新发现。Li-M-Cl材料的电化学稳定电位很大程度上取决于非锂金属元素M的特性。Li_2.556Yb_0.492Zr_0.492Cl₆的精细结构_。在不同的电化学状态下，使用X射线吸收光谱证实了恒定的2.3ÅZr-Cl键和Zr中心球团。采用两步法探索了Li-M-Cl电解质材料离子输运优化方案的一般规律，包括Li缺乏和同时调节载流子浓度和空位浓度的协同效应，通过该方法使离子Yb基和Y基氯化物固体电极的电导率在室温（RT）下均提高至1.58mS/cm，使用LiNi_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂（4.3V（相对Li⁺/Li））和LiCoO₂（4.5V（相对Li⁺/Li））作为正极材料表现出优异的电化学性能。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106674

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郭向欣团队：原位聚合让石榴石型陶瓷电解质应用于柔性大面积固态锂电池

近日，青岛大学郭向欣教授团队针对LLZO陶瓷电解质的刚性和脆性等本征问题，提出了原位聚合的优化策略，在强化电极/LLZO界面的基础上，实现固态电池的柔性、大面积的设计与构筑，获得大容量固态石榴石型锂电池的制备方案。本项研究工作构筑了基于乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)的原位聚合的凝胶(Gel)电解质，首先，该原位聚合的Gel电解质可以作为粘接剂，连接LLZO小陶瓷块，实现LLZO陶瓷电解质的大面积制备；Gel电解质同时释放了LLZO陶瓷电解质的变形应力，实现柔性固态石榴石型电池的构筑。另外，凝胶电解质作为中间层引入至电极/LLZO界面处，增强电极和固态电解质的接触，降低界面阻抗；在Li/LLZO界面处，原位聚合Gel电解质可以均匀局域电场的分布，减少电子注入，将LLZO的临界电流密度提高至1.1mAcm^-2；在正极/LLZO界面处，原位聚合Gel电解质在正极内部构筑了离子导电网络，实现复合正极与LLZO的界面融合，提升正极材料的比容量。基于该原位聚合界面的LiFe_0.2Mn_0.8PO₄/Li电池室温可稳定循环200圈，容量保持率可达80.2%。该研究成果以“Dual-interfacereinforced flexible solid garnet batteries enabled by in-situsolidified gel polymer electrolytes”为题发表在期刊Nano Energy上，第一作者为青岛大学毕志杰特聘教授，通讯作者为青岛大学郭向欣教授。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106498

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磁场，改变锂电池!

这篇评论介绍了磁场在锂基电池（包括锂离子电池、锂-S电池和锂-O₂电池）中的应用，以及参与促进性能的五个主要机制。该图揭示了磁场对电池阳极和阴极的影响，所涉及的关键材料，以及锂离子在受到洛伦兹力后的轨迹。此外，磁场重点解决一系列电化学问题，如锂离子电池的电极钝化和材料粉末化的相关问题，锂-S电池中硫的穿梭效应和缓慢动力学，以及锂金属电池阳极的树枝状结晶形成。最后，磁场在未来资源的有效利用方面将发挥重要作用，具有广阔的应用前景。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106703

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中国科学院大学刘向峰Angew：4.6 V高电压LiCoO2电池！

中国科学院大学刘向峰教授课题组阐明了表面氧的逸出和Li绝缘体Co3O4的形成，是高电压(4.6 V)下LiCoO₂发生容量衰减的主要原因。随后，作者进一步提出通过MgF₂掺杂来修饰Co3d和O2p能带中心，同时扩大Co3d和O2p的带隙，以抑制表面氧的逸出，从而提高LiCoO₂在4.6 V下的稳定性。MgF₂掺杂不仅增强了Co-O键的离子性和Co的氧化还原活性，还提高了阳离子迁移的可逆性。此外，由于表面氧的逸出受抑制，导致Li绝缘体—Co₃O₄的形成受阻，从而保持了表面结构的完整性。Mg作为一个“支柱”，为快速的Li⁺脱嵌，提供了一个稳定和较大的通道。经优化后的LiCoO₂几乎显示“零应变”，并在4.6 V下，实现了创纪录的容量保持率：在1 C下循环100次后，容量保持率为92%，在5 C下循环1000次后，容量保持率为86.4%。相关工作以”Tailoring Co3d and O2p band centers to inhibit oxygen escape for stable 4.6V LiCoO₂ cathodes”为题在Angewandte Chemie International Edition上发表。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202112508

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电解液设计新思路：砜类和酯类共混实现超稳定SEI/CEI！

哈尔滨工业大学何伟东教授结合四亚甲基砜（TMS）和氟代碳酸乙烯酯（FEC）溶剂来稳定高压正极和锂金属负极。由于对不同电极的优先吸附，抗氧化TMS 与正极结合，而成膜剂FEC则覆盖了锂金属负极，显示出双溶剂的双电极亲和力。实验结果表明，1M LiTFSI/TMS+FEC (8:2, v/v) 电解液产生了含有低电子密度S=O键的LiSO₂F纳米级中间相。由于较弱的Li⁺-LiSO₂F值（-1.95eV），LiSO₂F有助于平面内Li⁺移动，且通过高达-3.86eV的强吸附能限制了过渡金属离子的溶解，这也是迄今为止报道的最低的Li⁺键能和最大的过渡金属吸附能。基于此电解液的Li/NMC811 (4.4 V)电池在 0.5C 下循环 500次后，每圈的容量衰减率仅为为0.028%。该研究以题目为“Stabilizationof high-voltage lithium metal batteries using a sulfone-basedelectrolyte with bi-electrode affinity and LiSO₂F-richinterphases”的论文发表在材料领域国际顶级期刊《Energy Storage Materials》。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.10.045

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华中科大：调控电解质粒径分级，优化界面接触实现高性能全固态电池

近日，华中科技大学电气与电子工程学院谢佳教授、余创教授等人，通过调控电解质（Li5.5PS4.5Cl1.5）在电池不同部分的粒径分布，实现固-固界面接触的优化，从而构建全气候条件下电化学优异性能的LNO@NCM712/SE/Li-In全固态电池。S/L结构(复合正极使用小尺寸SE，电解质层采用大尺寸SE)的固态电池在室温(0.2C，168 mAh g^-1,100次循环保持率99%)和-20℃(0.05C，89mAh g^-1)下表现出较好的性能，而S/S结构电池在高温下表现出更好的性能。由于活性物质和小尺寸电解质之间具有更好的固/固界面，促使S/L电池具有更快的锂离子动力学，从而导致优异的电化学性能。此外，S/L电池在60℃时的性能较差是由于循环过程中大尺寸电解层中形成孔洞和裂纹所致。相比之下，得益于小尺寸电解质的机械稳定性，S/S电池可在较高的工作温度下实现更优异的电化学性能。这项工作证实了全固态电池内部电解质粒径分级对制备高性能的全气候固态电池具有重要的影响。该文章发表在国际顶级期刊Energy & Environmental Materials上。彭林峰为本文第一作者。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eem2.12308

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Jeff Dahn组：电极负载量增加50%，软包寿命不减，体积能量密度增加8%~10%！

提高能量密度的一种简单方法是增加负极和正极上的活性材料载量，然后最大限度地减少电池中非活性材料（例如隔膜和集电器）的比例。但之前研究证明了当正负极载量增加时，放电容量降低，电池内阻增加。鉴于此，加拿大达尔豪斯大学 J. R. Dahn教授（通讯作者）对比了常规正极载量 (19.3 mg cm^-2 ) 和高正极负载（29.2 mg cm^-2）与合适的负极载量组成的Li[Ni_0.5Mn_0.3Co_0.2]O₂(NMC532)/石墨软包电池的性能，结果显示与没有任何电极或电解液修饰的类似电池具有相当的充放电循环性能和老化时间。在长期循环过程中（无析锂出现），容量保持率和阻抗增加速率相似，并且在不同的上截止电位下，副反应的速率相似。因此，实验结果说明了将正负极载量增加50%可使电池体积能量密度增加8%~10%，而不会影响循环寿命。同时，这项工作中的电池经过了超高精度库伦效率测试方法 (UHPC) 分析和长循环测试，对比了常规和高载量电池随时间的容量保持率和阻抗增长。结果表明，具有高电极载量的电池与常规电极载量的电池性能相当，表明无需额外修饰即可获得具有厚电极和更高能量密度的电池。相关研究成果“Increasing Stack Energy Density Without Lifetime Penalty by Increasing Electrode Loading in Single Crystal Li[Ni_0.5Mn_0.3Co_0.2]O₂/Graphite Pouch Cells”为题发表在J. Electrochem. Soc.上。

原文链接：

https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1945-7111/ac2f08

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【热点点评】黄学杰团队：锂电池百篇论文点评（2021.6.1—2021.7.31）

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述，以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2021年6月1日至2021年7月31日上线的锂电池研究论文，共有2739篇，选择其中100篇加以评论。正极材料方面主要研究了高镍三元、富锂正极以及尖晶石镍锰酸锂材料的包覆和掺杂改性。金属锂负极的研究包含金属锂的表面修饰、三维结构设计以及其沉积形态和均匀性。硅基复合负极材料的研究侧重于混合电极的结构设计，尤其是各类黏结剂的开发以缓解循环过程中Si的体积变化，维持电极完整性。固态电解质的研究主要是对现有固态电解质的进一步改性优化以及对新型固态电解质的探索，而其他电解液和添加剂的研究则主要包括不同电解质和溶剂对各类电池材料体系适配，以及对新的功能性添加剂的探索。固态电池方向更多地集中于界面问题的研究，锂硫电池则更多关注“穿梭”效应的改善。电池测试技术方面主要涉及金属锂沉积行为的三维表征以及快充条件下电极材料各性质的测量。理论计算工作涉及到界面处离子传输的研究，而界面反应部分涉及到SEI形成的分析。此外，集流体的改性以及电极预锂化研究工作也有多篇。

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对称电池测试怎么分析？什么是软短路，什么是硬短路？

目前还没有建立一个通用的标准来识别锂/锂电池的短路。一些研究人员甚至根据Li/Li循环数据做出了错误的结论。最常见的错误判断是对短路信号的无知，以及将软短路和电极激活引起的正常电位下降混为一谈。在一些研究中，分形电压信号被归因于对称电池的不稳定激活过程。因此，本研究使用原位光学电池来证明，由两个相对电极的树突接触引起的短路可以在一定程度上引起细胞电压的突然下降。根据电压的可逆性，树突生长引起的短路可分为不可恢复的硬短路和可恢复的软短路。对典型的短路数据进行了总结和描述，以建立一个确定不同类型短路的规则。电压曲线提供了特征信号来区分对称细胞的软短路、硬短路和细胞激活过程。此外，本研究为识别树突生长和细胞短路提供了参考，这对确认不同修饰方法的实际效果很重要。

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苏炳添副教授重磅综述：柔性可穿戴传感器运动监测应用最新进展！（全文）

国家体育总局体育科学研究所/暨南大学/北京体育大学苏炳添副教授（第一作者）、国家体育总局体育科学研究所/北京体育大学陈小平特聘研究员、暨南大学化学与材料学院李风煜教授合作从运动员训练中对各种体征信号采集、分析的需求出发，综述了近些年来柔性电子、光电集成传感器的最新研究进展，介绍了不同种类的运动信号检测方法，包括生物电位信号监测、电化学传感监测、光电容积描记法监测等。为我国运动员与体育工作者提供最新、最前沿的可穿戴传感器技术总结，为制定更为精准、可量化的科学训练方法与理论提供知识与技术支持，推动我国“体育强国建设”。相关论文以“科学训练辅助：柔性可穿戴传感器运动监测应用”为题，发表在《中国科学: 信息科学》上。

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