1. Angewandte Chemie International Edition：多电子转移卤化物正极用于全固态锂电池
采用不易燃固态电解质的全固态锂电池（ASSLBs）具有高能量密度和优异安全性，然而其能量密度受到低容量和低离子导电性的氧化物正极材料的极大限制。这些材料通常依赖于插层-脱出机制，且正极电解质含量为15~30 wt.%。
在此，中国科学院大连化学物理研究所副所长李先锋团队提出将LixFeXx+2（X=Cl，Br）系列作为高容量和高离子导电性的替代材料，通过3mol电子转移插层-转化耦合反应运行。
结果显示，使用95 wt.% LiFeCl3活性材料的无正极电解质ASSLBs具有446 mAh g-1的高比容量和912 Wh kg-1的高能量密度，超越了大多数氧化物正极材料。此外，在转化过程中形成的非晶态铁具有高活性，能催化LiX向LixFeXx+2的转化，这对于实现可逆的插层-转化反应至关重要。
总之，该工作开发了LixFeXx+2（X=Cl，Br）系列正极材料。研究显示，该正极材料展现了两步插层-转化耦合反应机制，通过Fe³⁺和Fe之间的可逆转化实现了3mol电子的转移。凭借其较好的离子导电性，LixFeXx+2系列材料同时充当活性材料和正极电解质，使得基于LixFeXx+2的无正极电解质的全固态锂电池（ASSLBs）能够成功运行，且活性材料含量超过95 wt.%。
基于此，无正极电解质的配置使得电池能够实现446 mAh g⁻¹的高放电容量和912 Wh kg⁻¹的高能量密度，超越了大多数氧化物正极材料。因此，该工作为高能量密度的全固态锂电池开创了新路线。
Multi-Electron Transfer Halide Cathode Materials Based on Intercalation-Conversion Reaction Towards All-Solid-State Lithium Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2024 DOI: 10.1002/anie.202416635
2. Angewandte Chemie International Edition：PtFe 簇中的自旋选择性通道助力Li-O2电池
在Li-O₂电池（LOBs）中，三线态O₂与单线态Li₂O₂之间的电子转移与自旋有关，但这一点往往被忽视。而通过不损失相信息的自旋守恒电子转移，能够实现快速电子转移动力学，并降低电子转移的能垒。
在此，南京大学周豪慎团队提出了一种能够在Li-O₂电池中实现自旋选择催化的策略：即在完全暴露的PtFe团簇中，Pt和Fe原子之间的铁磁量子自旋交换作用（QSEI）能够筛选定向电子自旋，从而在Fe-Fe位点实现自旋守恒电子转移。
理论计算表明，该机制显著加速了O₂/Li₂O₂氧化还原反应的动力学。基于此，组装的Li-O₂电池在100 mA/g电流密度下，实现了89.6%的超高能量转化效率，放电-充电过电位仅为0.32 V。
总之，该工作通过采用由一个Pt原子与六个Fe原子配位组成的特定原子结构的全暴露团簇催化剂（FECC），可以有效实现自旋选择性催化，从而加速O₂/Li₂O₂氧化还原反应的动力学。计算表明，Pt和Fe原子之间的铁磁量子自旋交换作用（QSEI）会在Fe原子上诱导不平衡的自旋向上态，进而形成自旋选择性催化路径。研究发现，Fe-Fe位点为活性位点，而非传统PGM合金中的PGM位点。
在此机制下，三线态O₂与单线态Li₂O₂之间的自旋守恒电子转移促进了快速的反应动力学，大幅降低了反应势垒，并在析氧反应（OER）中实现了从（Li₂O₂）₂到Li₂O₂的自旋不相关决速步（RDS），而非传统的从LiO₂到O₂的自旋相关步骤。基于此，基于PtFec/NC的Li-O₂电池显示出优异的电池性能。因此，该工作为通过自旋电子学催化加速O₂/Li₂O₂氧化还原反应动力学提供了一种新策略。
The Spin-Selective Channels in Fully-Exposed PtFe Clusters Enable Fast Cathodic Kinetics of Li-O2 Battery, Angewandte Chemie International Edition 2024 DOI: 10.1002/anie.202418893
3. Advanced Energy Materials：多功能添加剂助力电池4.8V超高压性能
高压富镍正极与高容量硅基负极相结合，可为下一代电池带来高能量密度。然而，不稳定的电极/电解质界面（EEI）以及不可逆的结构退化严重阻碍了实际可达到的容量，这就迫切需要在电解质中添加有效的添加剂来生成稳定的电极/电解质界面。
在此，天津大学孙洁、张轶铭，国联汽车动力电池研究院有限责任公司王略等人提出了一种多功能添加剂—3-氟-5-（4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼杂环戊烷-2-基）吡啶甲腈（FTDP）并用于在正极和负极表面构建稳健的界面，以增强电化学性能。研究显示，FTDP会优先分解，同时形成富含硼以及氰基（CN）基团的正极电解质界面（CEI），以及富含LiF、Li3N的固态电解质界面（SEI），从而保证电极的完整性和稳定性。
此外，由FTDP衍生出的正极电解质界面能够抑制过渡金属离子的溶解，进一步提升电池的循环性能。基于此，NCM811/Li电池能够在极端条件下运行，即超高电压（4.8V）、高温（60 ℃）以及高倍率（10 C）条件下运行。1.6 Ah NCM811/SiOx软包电池在300次循环后具有84.0%的高容量保持率。
图1. 使用不同电解质的NCM811正极-锂负极半电池的电化学性能
总之，该工作将FTDP作为一种多功能电解质添加剂以提高富镍正极和硅基负极的电化学性能，实现高性能LIBs。研究显示，其可以在正极和负极表面优先分解，分别形成含B和富CN的CEI，以及富含LiF、Li3N的SEI，从而有效地保护电极，保持材料的完整性和稳定性。此外，FTDP衍生的CEI可以螯合TM离子以防止其溶解和迁移，从而显著提高电池的循环性能。
基于此，即使在超高压（4.8V）、高温（60 °C）和高倍率（10C）等极端条件下， NCM811/SiOx电池仍显示出优异长循环性能。因此，该工作为合理选择和设计低含量的多功能电解质添加剂以提高稳定的高能密度LIBs提供了现实参考。
图2. NCM811/SiOx全电池在不同电解质中的电化学性能
Trace Multifunctional Additive Enhancing 4.8 V Ultra-High Voltage Performance of Ni-Rich Cathode and SiOx Anode Battery, Advanced Energy Materials 2024 DOI: 10.1002/aenm.202403751
4. Advanced Energy Materials：离子凝胶电解质助力水系锌离子电池
水系锌离子电池因高安全性,低成本和低毒性等优点,在大规模储能领域具有重要的应用前景.然而,采用金属锌作为负极时,易引发枝晶,析氢和腐蚀等问题,严重制约着水系锌离子电池的电化学性能。
在此，中国科学院深圳先进技术研究院韩翠平，华南师范大学李昕明等人制备了一种离子凝胶电解质并通过调节离子密度梯度来稳定电极-电解质界面。
研究显示， PCMS电解质中带负电荷的羧甲基可以优先调节负极界面的离子浓度。基于此，准固态PCMS凝胶电解质可以消散离子浓度差异引起的电荷积累，有利于在高电流密度下实现优异的电化学稳定性。
结果显示，具有PCMS凝胶电解质的对称锌电池可以在40 mA cm−2的高电流密度下可超过2000小时循环。此外，使用PCMS凝胶电解质的Zn//I2电池也能持续循环超过8000次。
综上所述，我们成功地展示了一种具有丰富官能团和稳定网络结构的PCMS凝胶电解质。研究显示，该凝胶电解质可以调节EEI处的Zn2+浓度梯度，抑制电化学副反应。此外，准固体PCMS凝胶电解质有效地防止了液相的流动性，从而最大限度地减少了界面副反应。
基于此，该电解质能够实现 Zn2+ 的均匀沉积/剥离，同时显著抑制枝晶生长和 HER 等副反应。匹配PCMS 凝胶电解质的对称锌电池能够在 40 mA cm−2 的高电流密度下稳定循环超过 2000 小时。此外，采用 PCMS 凝胶电解质的 Zn//I2 全电池在 1 A g−1 电流下经过 8000 次循环后可提供 160.1 mAh g−1 的容量。因此，该工作为可充电 AZB 的开发提供了新的见解和途径。
Ion Redistribution Gel Electrolyte Dissipates Interfacial Turbulence for Aqueous Zinc-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2024 DOI: 10.1002/aenm.202404367
5. Energy & Environmental Science：卤素键化学助力高性能锌电池
离子液体电解质（ILE）中的高价Te氧化还原（Te0/Te4+）在高能锌电池中具有广阔的应用前景。然而，Te0/Te4+的能量贡献仅为总氧化还原两性转化的三分之一。潜在的动力学限制因素至关重要，但在之前的探索中通常被忽视。
在此，广东工业大学李成超团队发现卤素键化学中Te0/Te4+氧化还原可使锌电池实现700 Wh kgTe-1的容量。研究显示，ILE 中 ZnX42- (X = Cl, Br) 物质的 Zn-X 键势垒在校正 Te0/Te4+ 氧化还原动力学中起着至关重要作用。
此外，当具有弱Zn-Br键（34.96 kcal mol-1）的ZnBr42-作为活化剂时，Te0/Te4+氧化还原在5 A g-1下经过5000次循环后仍保留~90.0%的容量，比原来高1.8倍。
总之，该工作通过弱的 Zn-Br 键化学实现了高能锌电池。研究显示，Zn-X键势垒被认为是Te0/Te4+氧化还原动力学的关键描述符。研究显示，弱 Zn-Br 键 (34.96 kcal mol-1)使得Te0/TeBr3+ 氧化还原作用显着增强，显示出比通过强 Zn-Cl 键 (102.81 kcal mol-1)更高的容量贡献。
基于此，Zn||Te 电池在 0.1 A g-1 (700 Wh kgTe-1) 下可提供约 667 mAh g-1 容量。因此，该工作利用卤素键化学校正动力学，以最大限度地提高超价氧化还原贡献，进而为开发新型高能电池提供了新思路。
图2. Zn||Te电池在VB-Br/F-DCE和VB-Cl/F-DCE中的电化学性能
Halogen-Bond Chemistry-Rectified Hypervalent Tellurium Redox Kinetics towards High-Energy Zn Batteries, Energy & Environmental Science 2024 DOI: 10.1039/d4ee04806g
6. Journal of the American Chemical Society：耐用无损超分子粘结剂助力锂离子电池
硅基负极的储锂机制为合金化反应机制,锂化过程中硅材料会发生严重的体积膨胀。在电池工作过程中,反复的体积变化会导致电极材料的结构崩溃、 固体电解质界面反复形成, 造成活性Li+的不可逆损耗和容量的快速衰减,从而使得硅基LIBs 的首次库伦效率和循环寿命降低。
在此，上海交通大学梁正、颜徐州、岳昕阳等人设计了一种无损聚合物粘合剂，即利用雏菊链（DCMIN）和聚丙烯酸（PAA）来提高硅基负极的结构内聚力。
研究显示，该种 DCMIN@PAA 粘合剂具有强大的机械性能、高弹性和出色的粘合力。此外，修饰的二烷基铵盐与苯并-24-冠-8的醚基之间的识别为DCMIN@PAA粘合剂提供了快速耗散能量和减少损伤积累的功效。
基于此，使用 DCMIN@PAA 粘合剂的纯硅负极在 1 C 下可稳定循环超过 1050 次。DCMIN@PAA 粘合剂还提高了纯硅负极的自制软包电池的循环稳定性。
总之，该工作为硅基负极设计了一种耐用且无损的DCMIN@PAA粘合剂。研究显示，硅负极在循环过程中的体积膨胀可通过PAA和DCMIN之间机械键的移动和氢键的部分解离而迅速消散进而减少了损伤累积并限制了电极在重复应力过程中的机械疲劳。
基于此，具有 DCMIN@PAA 粘合剂的纯硅负极在 300 次循环后仍具有 1542.8 mA hg-1可逆容量和 71.9% 的容量保持率。即使在高倍率下，DCMIN@PAA-Si 也表现出超过 1000 次循环的稳定性。因此，该工作为设计易于体积膨胀的高能锂离子电池负极粘结剂提供了一条新途径。
Durable and Damageless Supramolecular Binder for Fast, Stable, and Sustainable Si-Based Anodes, Journal of the American Chemical Society 2024 DOI: 10.1021/jacs.4c11217
7. Energy & Environmental Science：过渡金属硫化物实现高性能锌空气电池
可充电锌空气电池具有能量密度高、环境友好、安全性好和成本低等优势,是非常有前景的新型储能体系,但面临着能量转换效率低、充放电稳定性差和电流密度低等缺点，生产具有成本效益的高性能双功能氧催化剂的潜力为锌空气电池（ZAB）的商业化带来了巨大的希望。
在此，温州大学陈亦皇团队制备了由氧化石墨烯上NiCo2S4@NiFe 层状双氢氧化物 (NiCo2S4@NiFe LDH/N-rGO) 组成的光热电催化剂。研究显示，NiCo2S4@NiFe LDH/N-rGO电催化剂表现出优异的双功能活性，在光热效应的影响下，ΔE值为0.636 V，远超过大多数先进系统。
基于此，在 25 mA cm-2 的高电流密度下，基于NiCo2S4@NiFe LDH/N-rGO的 ZAB 表现出优异的循环性能。此外，当其匹配柔性全固态ZAB时，光热辅助可充电电池表现出最大功率密度（25℃下151.7 mW cm-2）、优异的循环稳定性（在25℃下循环超过3480次）即宽温域适应性（高温60℃与极低温-40℃）。
图1. NiCo2S4@NiFe LDH/N-rGO的结构表征
总之，该工作成功合成了NiCo2S4@NiFe LDH/N-rGO并将其应用于ZABs和FZABs中且表现出了优异的性能。研究显示，电催化活性（ΔE）提高至0.636 V，超过了大多数先前报道的非贵金属基催化剂。由此产生的光热辅助 ZAB 表现出优异的功率密度和长循环稳定性。
此外，FZAB 在零下温度下表现出出色的功率密度（-40°C 下为 49.95 mW cm-2）、出色的充放电循环。因此，该工作通过利用光热特性进一步提高了ZAB 的性能和灵活性，同时为催化过程和设备开发的进步奠定了基础。
Advancing Extreme-Temperature-Tolerant Zinc-Air Batteries through Photothermal Transition Metal Sulfide Heterostructures, Energy & Environmental Science 2024 DOI: 10.1039/d4ee03240c
8. Advanced Functional Materials：界面工程与颗粒组装协同助力富锂层状正极
锂离子电池（LIBs）因其高能量密度和环境友好性而在电子产品、电动汽车甚至大规模能量存储系统中得到广泛应用。随着对LIBs需求的激增，高能量密度和长循环寿命至关重要。
在此，深圳大学杨金龙、敖伟琴、Yin Yun-Chao等人提出了一种界面工程和颗粒组装结合策略用于实现高度稳定的富锂层状氧化物（LLO）正极材料。研究显示，作者通过使用聚丙烯酸（PAA）和磷酸铵（APP）作为前驱体材料，通过喷雾干燥技术封装LLO纳米颗粒，促使颗粒组装，并在喷雾干燥过程中的热作用下使PAA和APP原位交联形成聚丙烯磷酸酰胺（PPA）涂层，同时在LLO纳米晶体和外涂层之间形成了尖晶石结构的过渡层。
该种复合结构有效抑制了锂富锰正极表面的氧演化和与电解液的副反应，显著增强了正极材料的结构稳定性，使得改性后的LLO@PPA系统展现出卓越的循环稳定性和倍率性能。
总之，该工作开发了一种结合界面工程和颗粒组装的方法并用于制造具有高度稳定性的单晶富锂层状氧化物（LLO）正极材料。通过原位交联聚丙烯酸和磷酸铵形成聚丙烯磷酸酰胺（PPA）表面涂层，并引入衍生的尖晶石界面层，该种复合结构有效减少了锂富锰正极表面的氧演化和与电解液的副反应，显著提升了正极材料的结构稳定性。
基于此，改性后的LLO@PPA在0.5 C的电流密度下经过500个循环后，展现出84.87%的容量保持率。原位X射线衍射（XRD）揭示了表面复合结构在稳定材料晶体框架、最小化循环过程中体积波动中的关键作用。因此，该工作利用界面工程与颗粒组装的协同策略显著提升了材料的整体性能，为新型富镍正极材料的设计提供了新思路。
A Collaboration of Interfacial Engineering and Particle Assembly Enables Highly Stable Li-Rich Layered Cathodes for Li-ion Batteries, Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202419603
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