近日，上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院李林森團(tuán)隊(duì)在Advanced Energy Materials發(fā)表題為“Catalyzing battery materials research via lab-made, sub-ampere-hour-scale pouch cells and long-term electrochemical monitoring by a reparable reference electrode”的論文。該論文第一作者是上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院博士研究生王勇，通訊作者為上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院李林森長(zhǎng)聘副教授。

該工作通過(guò)詳細(xì)的軟包電池制備流程、工藝展示了基于實(shí)驗(yàn)室級(jí)（＜5 g）材料的軟包電池驗(yàn)證路線。并創(chuàng)新地提出了簡(jiǎn)易、長(zhǎng)壽命、可修復(fù)四電極技術(shù)，為電池設(shè)計(jì)、失效分析等提供了功能保障，結(jié)合超聲等多模態(tài)表征技術(shù)進(jìn)一步推動(dòng)二次電池中材料科學(xué)的發(fā)展。

美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校劉平教授、 Shyue Ping Ong 教授（通訊作者） 等人將分子晶體S _9.3 I作為正極引入到固態(tài)Li-S電池中。S _9.3 I材料在25℃下的電子電導(dǎo)率可以達(dá)到5.9×10 ^-7  S cm ^-1 ，相比單質(zhì)硫提升了11個(gè)數(shù)量級(jí)。并且，碘的存在促進(jìn)了電池循環(huán)過(guò)程中反應(yīng)性多硫化物的生成，該生成物具有65℃的低熔點(diǎn)，可以通過(guò)加熱熔融對(duì)電極/電解質(zhì)界面進(jìn)行修復(fù)。因此， 在固態(tài) Li-S 電池中， S _9.3 I 正極材料可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高電導(dǎo)率和界面自修復(fù)。 相關(guān)研究成果以“Healable and conductive sulfur iodide for solid-state Li-S batteries”為題發(fā)表在最新 Nature 期刊上。

潛江第三屆中國(guó)高端電子化學(xué)品先進(jìn)技術(shù)與新材料發(fā)展研討會(huì)（4月26-28日）

近期德國(guó)吉森大學(xué)Jürgen Janek教授聯(lián)合馬克斯·普朗克物質(zhì)結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)研究所Dierk Raabe、牛津大學(xué)Hanyu Huo等研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)結(jié)構(gòu)表征和化學(xué)表征相結(jié)合的理論模擬，揭示了Si/Li ₆ PS ₅ Cl復(fù)合陽(yáng)極和無(wú)固體電解質(zhì)硅復(fù)合陽(yáng)極的化學(xué)力學(xué)失效機(jī)理。Si|Li ₆ PS ₅ Cl界面處固體電解質(zhì)界面相的生長(zhǎng)導(dǎo)致復(fù)合陽(yáng)極的電阻急劇增加，解釋了其快速的容量衰減。固體無(wú)電解質(zhì)硅陽(yáng)極表現(xiàn)出足夠的離子和電子導(dǎo)電性，使其具有較高的比容量。然而，與復(fù)合陽(yáng)極相比，微尺度孔隙的形成會(huì)在這些陽(yáng)極的二維界面上產(chǎn)生更大的機(jī)械應(yīng)力。了解不同陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的化學(xué)-機(jī)械失效機(jī)制和界面形成的作用有助于為改進(jìn)電極材料的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。相關(guān)研究以“ Chemo-mechanical failure mechanisms of the silicon anode in solid-state batteries ”為題發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊 Nature materials 上。

該研究通過(guò)結(jié)構(gòu)表征和化學(xué)表征相結(jié)合的理論模擬，揭示了Si/Li ₆ PS ₅ Cl復(fù)合陽(yáng)極和無(wú)固體電解質(zhì)硅復(fù)合陽(yáng)極的化學(xué)力學(xué)失效機(jī)理；指出固體無(wú)電解質(zhì)硅陽(yáng)極表現(xiàn)出足夠的離子和電子導(dǎo)電性，使其具有較高的比容量。然而，與復(fù)合陽(yáng)極相比，微尺度孔隙的形成會(huì)在這些陽(yáng)極的二維界面上產(chǎn)生更大的機(jī)械應(yīng)力。

華北電力大學(xué)呂瑋&徐超團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院丁芳團(tuán)隊(duì)成功制備了以葡萄柚果皮為碳源的N摻雜生物質(zhì)碳負(fù)載γ-MnO ₂ 復(fù)合正極，實(shí)現(xiàn)391.2 mAh g ^{? 1} 的高比容量（0.1 A g ^{? 1} ），循環(huán)3000圈具有92.17%的優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性（5 A g ^{? 1} ），能量密度高達(dá)553.12 Wh kg ^{? 1} ，庫(kù)倫效率接近100%，結(jié)合理論分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從Jahn-Teller效應(yīng)和Mn疇分布等方面探討了正極鋅離子儲(chǔ)能機(jī)理。此外，研究人員通過(guò)體外細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了正極材料的生物相容性，證實(shí)了其在臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的潛力。該研究成果發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Nano-Micro Letters上，題為“Discovering Cathodic Biocompatibility for Aqueous Zn-MnO ₂  Battery: An Integrating Biomass Carbon Strategy”，本項(xiàng)工作成功開(kāi)發(fā)了一種將生物質(zhì)廢物轉(zhuǎn)化為生物相容性正極材料的新方法。

西安交通大學(xué)材料/化工聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)基于前期總結(jié)提出的兩種鋰枝晶刺穿固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)致電池失效機(jī)理，即機(jī)械穿刺機(jī)理（Mechanical penetration mechanism）和輸運(yùn)促進(jìn)機(jī)理（Transport-facilitated mechanism），針對(duì)性提出“迂回與緩沖”（Detour and Buffer）的應(yīng)對(duì)策略，并采取顆粒級(jí)配的方法設(shè)計(jì)制備了晶粒尺寸雙峰分布的固態(tài)電解質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的。這種晶粒尺寸雙峰分布的微觀結(jié)構(gòu)，平均粒徑約5μm的細(xì)晶粒包圍著粗晶粒（平均粒徑50-60μm），鋰滲透的驅(qū)動(dòng)力被高密度晶界和細(xì)小分布的孔隙不斷消耗；同時(shí)，大晶粒能夠有效增加鋰枝晶生長(zhǎng)路徑的曲折性，從而有效抑制與延緩固態(tài)電解質(zhì)的失效（如圖1a）。通過(guò)這種雙峰分布的固態(tài)電解質(zhì)，協(xié)同發(fā)揮粗晶與細(xì)晶的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了“迂回與緩沖”效應(yīng)。在不對(duì)界面進(jìn)行任何額外修飾的情況下，具有雙峰微結(jié)構(gòu)的鋰鑭鋯氧固態(tài)電解質(zhì)可在電流密度高于1 mA·cm ^-2 的條件下穩(wěn)定循環(huán)2000多個(gè)小時(shí)，并可在電流密度為2 mA·cm ^-2 的條件下成功循環(huán)100小時(shí)以上（如圖1b）。該結(jié)果相比于傳統(tǒng)的不具備雙峰微結(jié)構(gòu)的鋰鑭鋯氧固態(tài)電解質(zhì)，首次實(shí)現(xiàn)了在高于1 mA·cm ^-2 電流密度的室溫穩(wěn)定循環(huán)，并將穩(wěn)定循環(huán)時(shí)長(zhǎng)提升10倍。同時(shí)該結(jié)果高于目前絕大多數(shù)精心修飾Li/LLZO界面后的鋰鑭鋯氧固態(tài)電解質(zhì)所能承受的循環(huán)電流密度極限和穩(wěn)定循環(huán)時(shí)長(zhǎng)極限。

中科院物理研究所李鈺琦博士等在中科院物理研究所胡勇勝研究員、陸雅翔副研究員和荷蘭代爾夫特理工大學(xué)Marnix Wagemaker教授的指導(dǎo)下報(bào)道了一類(lèi)基于硬碳負(fù)極的快充型鈉離子電池，該安時(shí)級(jí)別的26700型圓柱電池能夠?qū)崿F(xiàn)快速充放電，可在約9分鐘內(nèi)充放電的條件下（6.5C/6.5C）實(shí)現(xiàn)3000次充放電循環(huán)（100%DOD）。該硬碳負(fù)極不僅具有斜坡段電壓存儲(chǔ)容量，而且在高面積容量下（約2.2 mAh/cm ² ），能夠在略高于金屬鈉析出電位的平臺(tái)段提供容量，且未觀察到金屬鈉的析出現(xiàn)象。通過(guò)全面的實(shí)驗(yàn)與模擬對(duì)鋰和鈉在硬碳中的電化學(xué)行為進(jìn)行定量化的比較，該工作提出了一種統(tǒng)一的儲(chǔ)存機(jī)制，揭示了斜坡段容量和平臺(tái)段容量的并發(fā)現(xiàn)硬碳快充性能來(lái)源于堿金屬離子在內(nèi)部納米楔形孔的良好動(dòng)力學(xué)，該機(jī)制類(lèi)似于金屬的欠電位沉積，納米楔形孔的尺寸調(diào)控（~1 nm）是實(shí)現(xiàn)優(yōu)異快充性能的關(guān)鍵，機(jī)制的闡明為硬碳負(fù)極中實(shí)現(xiàn)快速儲(chǔ)存提供了合理的指導(dǎo)——盡可能保持較多的相對(duì)較小的封閉納米楔形孔是實(shí)現(xiàn)大容量和快速存儲(chǔ)的有效策略。該成果發(fā)表于國(guó)際能源領(lǐng)域頂級(jí)期刊Nature Energy。

鋰硫電池是一種新型的電池技術(shù)，以鋰和硫化物為主要材料。鋰硫電池具有高能量密度和較低成本的優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是下一代高性能電池的潛在候選者。硫化物在電池中充放電的過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出電子，產(chǎn)生電流。鋰硫電池的主要優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)較高的能量密度和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。然而，鋰硫電池也存在一些挑戰(zhàn)和問(wèn)題。其中之一是硫化物的高溶解度和極性溶液中的極化效應(yīng)，這可能導(dǎo)致電池性能的下降。此外，鋰硫電池的安全性也是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，因?yàn)榱蚧镌诜烹娺^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生極易燃的副產(chǎn)物。為了克服這些問(wèn)題，研究人員正在開(kāi)發(fā)新的電解質(zhì)、電極材料和電池結(jié)構(gòu)，以提高鋰硫電池的性能和安全性。一些改進(jìn)的方法包括使用多孔碳材料作為電極和添加添加劑來(lái)穩(wěn)定電解質(zhì)。此外，研究人員還在探索使用新型材料，如硫化物包覆劑和導(dǎo)電聚合物，來(lái)改善鋰硫電池的性能?？傮w而言，鋰硫電池作為一種新興的電池技術(shù)，具有潛力實(shí)現(xiàn)高能量密度和低成本的能源儲(chǔ)存解決方案。然而，仍需進(jìn)一步的研究和技術(shù)改進(jìn)來(lái)解決其存在的問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院陳維教授課題組在國(guó)際期刊 Joule 上發(fā)表了題為“A rechargeable, non-aqueous manganese metal battery enabled by electrolyte regulation”的研究論文。論文首次揭示了鹵素介導(dǎo)型溶劑化結(jié)構(gòu)對(duì)多價(jià)離子脫溶劑化過(guò)程的重要作用，并以錳金屬電池作為研究平臺(tái)充分展示了鹵素（以Cl元素作為主要研究對(duì)象）介導(dǎo)機(jī)理降低多價(jià)金屬離子沉積過(guò)電位、提升沉積過(guò)程庫(kù)倫效率和能量效率的重要作用（圖1）。通訊作者為中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系教授、合肥國(guó)家微尺度物質(zhì)科學(xué)研究中心教授 陳維， 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系特任副研究員 侯之國(guó) 。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系博士生 沈冬陽(yáng) 為本文的第一作者。

暨南大學(xué)王子龍 副教授針對(duì)鋅空氣電池在低溫條件下循環(huán)壽命短、倍率性能差、低成本催化材料研發(fā)所面臨的瓶頸，對(duì)雙功能電催化劑的微納結(jié)構(gòu)和內(nèi)部電子結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)節(jié)等基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題展開(kāi)研究。通過(guò)簡(jiǎn)單的熱誘導(dǎo)質(zhì)量重構(gòu)策略來(lái)構(gòu)筑多層氧化物納米球，優(yōu)化催化劑的OH ^- 和O ₂ 的傳輸和擴(kuò)散效率。此外，通過(guò)有限元分析、原位測(cè)試分析技術(shù)和理論計(jì)算等手段揭示陰離子摻雜和微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控對(duì)局域配位環(huán)境和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的影響。以此為基礎(chǔ)，探索電子結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的雙調(diào)控策略對(duì)低溫條件下電池電化學(xué)性能的影響，解決了鋅空氣電池在低溫條件反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢和電化學(xué)性能差的瓶頸問(wèn)題。

近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院張璇、周光敏團(tuán)隊(duì)建立了基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的退役電池快速分類(lèi)模型，無(wú)需歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，僅用少量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試信息即可實(shí)現(xiàn)退役電池正極材料的精確分類(lèi)。

團(tuán)隊(duì)收集了來(lái)自7個(gè)制造商、包含5種正極材料、具有不同歷史使用情況（如來(lái)自實(shí)驗(yàn)室測(cè)試、電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行等）的130個(gè)退役電池的數(shù)據(jù)（圖1），僅利用回收現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的一次循環(huán)充放電數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)清洗和噪聲處理（保留了人為和正極質(zhì)異性引起的噪聲），形成了適用于特征工程的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)曲線。特征工程重點(diǎn)關(guān)注退役電池在最后一個(gè)周期的充放電信息，從電壓-容量和dQ/dV曲線中提取了30個(gè)特征，用于指導(dǎo)電池分類(lèi)。