近期电池材料进展汇总！

近日，上海交通大学化学化工学院李林森团队在Advanced Energy Materials发表题为“Catalyzing battery materials research via lab-made, sub-ampere-hour-scale pouch cells and long-term electrochemical monitoring by a reparable reference electrode”的论文。该论文第一作者是上海交通大学化学化工学院博士研究生王勇，通讯作者为上海交通大学化学化工学院李林森长聘副教授。

该工作通过详细的软包电池制备流程、工艺展示了基于实验室级（＜5 g）材料的软包电池验证路线。并创新地提出了简易、长寿命、可修复四电极技术，为电池设计、失效分析等提供了功能保障，结合超声等多模态表征技术进一步推动二次电池中材料科学的发展。

美国加州大学圣地亚哥分校刘平教授、 Shyue Ping Ong 教授（通讯作者） 等人将分子晶体S _9.3 I作为正极引入到固态Li-S电池中。S _9.3 I材料在25℃下的电子电导率可以达到5.9×10 ^-7  S cm ^-1 ，相比单质硫提升了11个数量级。并且，碘的存在促进了电池循环过程中反应性多硫化物的生成，该生成物具有65℃的低熔点，可以通过加热熔融对电极/电解质界面进行修复。因此， 在固态 Li-S 电池中， S _9.3 I 正极材料可以同时实现高电导率和界面自修复。 相关研究成果以“Healable and conductive sulfur iodide for solid-state Li-S batteries”为题发表在最新 Nature 期刊上。

潜江第三届中国高端电子化学品先进技术与新材料发展研讨会（4月26-28日）

近期德国吉森大学Jürgen Janek教授联合马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所Dierk Raabe、牛津大学Hanyu Huo等研究团队通过结构表征和化学表征相结合的理论模拟，揭示了Si/Li ₆ PS ₅ Cl复合阳极和无固体电解质硅复合阳极的化学力学失效机理。Si|Li ₆ PS ₅ Cl界面处固体电解质界面相的生长导致复合阳极的电阻急剧增加，解释了其快速的容量衰减。固体无电解质硅阳极表现出足够的离子和电子导电性，使其具有较高的比容量。然而，与复合阳极相比，微尺度孔隙的形成会在这些阳极的二维界面上产生更大的机械应力。了解不同阳极结构的化学-机械失效机制和界面形成的作用有助于为改进电极材料的设计提供指导。相关研究以“ Chemo-mechanical failure mechanisms of the silicon anode in solid-state batteries ”为题发表在国际顶级期刊 Nature materials 上。

该研究通过结构表征和化学表征相结合的理论模拟，揭示了Si/Li ₆ PS ₅ Cl复合阳极和无固体电解质硅复合阳极的化学力学失效机理；指出固体无电解质硅阳极表现出足够的离子和电子导电性，使其具有较高的比容量。然而，与复合阳极相比，微尺度孔隙的形成会在这些阳极的二维界面上产生更大的机械应力。

华北电力大学吕玮&徐超团队联合中国科学院丁芳团队成功制备了以葡萄柚果皮为碳源的N掺杂生物质碳负载γ-MnO ₂ 复合正极，实现391.2 mAh g ^{− 1} 的高比容量（0.1 A g ^{− 1} ），循环3000圈具有92.17%的优异循环稳定性（5 A g ^{− 1} ），能量密度高达553.12 Wh kg ^{− 1} ，库伦效率接近100%，结合理论分析和实验数据，从Jahn-Teller效应和Mn畴分布等方面探讨了正极锌离子储能机理。此外，研究人员通过体外细胞毒性实验进一步验证了正极材料的生物相容性，证实了其在临床医学应用中的潜力。该研究成果发表在国际顶级期刊Nano-Micro Letters上，题为“Discovering Cathodic Biocompatibility for Aqueous Zn-MnO ₂  Battery: An Integrating Biomass Carbon Strategy”，本项工作成功开发了一种将生物质废物转化为生物相容性正极材料的新方法。

西安交通大学材料/化工联合研究团队基于前期总结提出的两种锂枝晶刺穿固态电解质导致电池失效机理，即机械穿刺机理（Mechanical penetration mechanism）和输运促进机理（Transport-facilitated mechanism），针对性提出“迂回与缓冲”（Detour and Buffer）的应对策略，并采取颗粒级配的方法设计制备了晶粒尺寸双峰分布的固态电解质来实现此目的。这种晶粒尺寸双峰分布的微观结构，平均粒径约5µm的细晶粒包围着粗晶粒（平均粒径50-60µm），锂渗透的驱动力被高密度晶界和细小分布的孔隙不断消耗；同时，大晶粒能够有效增加锂枝晶生长路径的曲折性，从而有效抑制与延缓固态电解质的失效（如图1a）。通过这种双峰分布的固态电解质，协同发挥粗晶与细晶的优势，实现了“迂回与缓冲”效应。在不对界面进行任何额外修饰的情况下，具有双峰微结构的锂镧锆氧固态电解质可在电流密度高于1 mA·cm ^-2 的条件下稳定循环2000多个小时，并可在电流密度为2 mA·cm ^-2 的条件下成功循环100小时以上（如图1b）。该结果相比于传统的不具备双峰微结构的锂镧锆氧固态电解质，首次实现了在高于1 mA·cm ^-2 电流密度的室温稳定循环，并将稳定循环时长提升10倍。同时该结果高于目前绝大多数精心修饰Li/LLZO界面后的锂镧锆氧固态电解质所能承受的循环电流密度极限和稳定循环时长极限。

中科院物理研究所李钰琦博士等在中科院物理研究所胡勇胜研究员、陆雅翔副研究员和荷兰代尔夫特理工大学Marnix Wagemaker教授的指导下报道了一类基于硬碳负极的快充型钠离子电池，该安时级别的26700型圆柱电池能够实现快速充放电，可在约9分钟内充放电的条件下（6.5C/6.5C）实现3000次充放电循环（100%DOD）。该硬碳负极不仅具有斜坡段电压存储容量，而且在高面积容量下（约2.2 mAh/cm ² ），能够在略高于金属钠析出电位的平台段提供容量，且未观察到金属钠的析出现象。通过全面的实验与模拟对锂和钠在硬碳中的电化学行为进行定量化的比较，该工作提出了一种统一的储存机制，揭示了斜坡段容量和平台段容量的并发现硬碳快充性能来源于碱金属离子在内部纳米楔形孔的良好动力学，该机制类似于金属的欠电位沉积，纳米楔形孔的尺寸调控（~1 nm）是实现优异快充性能的关键，机制的阐明为硬碳负极中实现快速储存提供了合理的指导——尽可能保持较多的相对较小的封闭纳米楔形孔是实现大容量和快速存储的有效策略。该成果发表于国际能源领域顶级期刊Nature Energy。

锂硫电池是一种新型的电池技术，以锂和硫化物为主要材料。锂硫电池具有高能量密度和较低成本的优势，被认为是下一代高性能电池的潜在候选者。硫化物在电池中充放电的过程中发生化学反应，释放出电子，产生电流。锂硫电池的主要优点是相对较高的能量密度和较长的循环寿命。然而，锂硫电池也存在一些挑战和问题。其中之一是硫化物的高溶解度和极性溶液中的极化效应，这可能导致电池性能的下降。此外，锂硫电池的安全性也是一个关键问题，因为硫化物在放电过程中会产生极易燃的副产物。为了克服这些问题，研究人员正在开发新的电解质、电极材料和电池结构，以提高锂硫电池的性能和安全性。一些改进的方法包括使用多孔碳材料作为电极和添加添加剂来稳定电解质。此外，研究人员还在探索使用新型材料，如硫化物包覆剂和导电聚合物，来改善锂硫电池的性能。总体而言，锂硫电池作为一种新兴的电池技术，具有潜力实现高能量密度和低成本的能源储存解决方案。然而，仍需进一步的研究和技术改进来解决其存在的问题，以实现商业化应用。

中国科学技术大学化学与材料科学学院陈维教授课题组在国际期刊 Joule 上发表了题为“A rechargeable, non-aqueous manganese metal battery enabled by electrolyte regulation”的研究论文。论文首次揭示了卤素介导型溶剂化结构对多价离子脱溶剂化过程的重要作用，并以锰金属电池作为研究平台充分展示了卤素（以Cl元素作为主要研究对象）介导机理降低多价金属离子沉积过电位、提升沉积过程库伦效率和能量效率的重要作用（图1）。通讯作者为中国科学技术大学化学与材料科学学院应用化学系教授、合肥国家微尺度物质科学研究中心教授 陈维， 中国科学技术大学化学与材料科学学院应用化学系特任副研究员 侯之国 。中国科学技术大学化学与材料科学学院应用化学系博士生 沈冬阳 为本文的第一作者。

暨南大学王子龙 副教授针对锌空气电池在低温条件下循环寿命短、倍率性能差、低成本催化材料研发所面临的瓶颈，对双功能电催化剂的微纳结构和内部电子结构参数调节等基础科学问题展开研究。通过简单的热诱导质量重构策略来构筑多层氧化物纳米球，优化催化剂的OH ^- 和O ₂ 的传输和扩散效率。此外，通过有限元分析、原位测试分析技术和理论计算等手段揭示阴离子掺杂和微观结构调控对局域配位环境和反应动力学的影响。以此为基础，探索电子结构和微观结构的双调控策略对低温条件下电池电化学性能的影响，解决了锌空气电池在低温条件反应动力学缓慢和电化学性能差的瓶颈问题。

近日，清华大学深圳国际研究生院张璇、周光敏团队建立了基于联邦学习的退役电池快速分类模型，无需历史运行数据，仅用少量现场测试信息即可实现退役电池正极材料的精确分类。

团队收集了来自7个制造商、包含5种正极材料、具有不同历史使用情况（如来自实验室测试、电动汽车运行等）的130个退役电池的数据（图1），仅利用回收现场测试的一次循环充放电数据，通过数据清洗和噪声处理（保留了人为和正极质异性引起的噪声），形成了适用于特征工程的标准化参数曲线。特征工程重点关注退役电池在最后一个周期的充放电信息，从电压-容量和dQ/dV曲线中提取了30个特征，用于指导电池分类。