1. Journal of the American Chemical Society：通過析氫催化劑重建實現(xiàn)鋰離子電池金屬的完全回收

電動汽車的大規(guī)模采用和有限金屬資源的枯竭使得回收鋰離子電池（LIB）勢在必行。然而，目前的火法冶金和濕法冶金回收路線主要針對LiCoO₂開發(fā)，能源投入大，加工過程繁瑣；因此，迫切需要替代的多功能和綠色方法。

在此，吉林大學(xué)于吉紅，天津工業(yè)大學(xué)梅東海，蘇州大學(xué)張偉等人報告了一種通用的策略，通過催化劑重建回收LIBs。具體而言，層狀、尖晶石和多陰離子氧化物正極材料作為催化劑，在質(zhì)子或氫氧化物離子的輔助下，在結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)化為氫氧化物，有助于完全提取金屬(例如，Li、Co、Ni、Mn、Fe)，高浸出率接近100%。

因此利用析氫反應(yīng)（HER）作為概念證明，該工作探索了一種通過催化劑重構(gòu)從鋰離子電池中完全回收金屬的新策略。

圖1. 制備流程

總之，該工作采用LIBs的正極催化反應(yīng)，近100%的金屬（例如Li、Fe、Co、Ni和Mn）隨著催化劑重構(gòu)為氫氧化物而被提取。研究表明，催化劑重構(gòu)回收是由質(zhì)子或氫氧根離子輔助的。這種綠色氫耦合回收方法通常適用于所有主要類型的正極，包括聚陰離子、層狀和尖晶石氧化物，例如LiCoO₂、LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂、LiNi_0.33Mn_0.33Co_0.33O₂、LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂、LiMn₂O₄和LiFePO₄，并可擴展到實際用過的軟包電池。

因此，該種回收策略可以利用報廢LIBs的剩余電能，并與綠色氫氣生產(chǎn)相結(jié)合。為開發(fā)金屬浸出和回收的綠色替代品提供了方法和概念上的突破。

圖2. 軟包電池LNMC532的回收

Complete Metal Recycling from Lithium-Ion Batteries Enabled by Hydrogen Evolution Catalyst Reconstruction, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c10188

2. Energy Storage Materials：“拖曳效應(yīng)”誘導(dǎo)的快速去溶劑化動力學(xué)和-50℃可工作的高安全鋰電池

碳酸丙烯酯（PC）因其高離子傳導(dǎo)性和低（-49 ℃）熔點被認(rèn)為是碳酸乙烯酯（EC）的最合適替代品，但它與石墨負(fù)極的電化學(xué)相容性較差。雖然設(shè)計陰離子誘導(dǎo)的離子溶劑配位（AI-ISC）結(jié)構(gòu)可以有效抑制負(fù)極上 PC 的分解，但 Li⁺-PC 的強相互作用導(dǎo)致 Li⁺去溶劑化過程緩慢，低溫性能也不理想。

在此，武漢大學(xué)陳重學(xué)團隊發(fā)現(xiàn)并揭示了Li⁺溶劑與陰離子溶劑之間的 “拖曳效應(yīng) “機制，并設(shè)計了一種自適應(yīng)雙層溶劑化結(jié)構(gòu)，其中主溶劑化鞘外的游離溶劑可有效削弱 Li⁺-PC 與 Li⁺– PF₆^–之間的相互作用。

合理設(shè)計的 LiPF₆-PC/TFEP/EMC 電解液具有快速去溶劑化動力學(xué)和低溫適應(yīng)性，因此賦予了 4Ah Gr||LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂和 1Ah Gr||LiFePO₄軟包電池在-50℃優(yōu)異的性能、長循環(huán)壽命和更高的安全性。

圖1. 使用PTE312電解液的4Ah Gr||NMC811和1Ah Gr||LFP軟包電池電化學(xué)性能

總之，該工作通過調(diào)節(jié) EMC 和 TFEP 的 “拖曳效應(yīng)”，建立了一種自適應(yīng)的雙層溶劑化結(jié)構(gòu)，使 LiPF₆-PC/TFEP/EMC 電解液具有較低的Li⁺去溶劑化劑化能壘和不燃燒特性。得益于電解質(zhì)的快速去溶劑化動力學(xué)和低溫適應(yīng)性，石墨-鋰半電池可在零下40℃充電，容量損失幾乎可以忽略不計。

更重要的是，該電解液賦予了 Gr||NMC811 和 Gr||LFP 軟包電池低溫耐受性（-40℃和-50℃下的容量保持率分別為～79% 和 ～62.5%）、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（40次循環(huán)后的容量保持率為94.1%，1500 次循環(huán)后的容量保持率為88.5%）和高安全性（通過了擠壓、過充電、加熱和釘穿試驗）。

因此，通過調(diào)節(jié) “拖曳效應(yīng) “誘導(dǎo)的自適應(yīng)雙層溶劑化結(jié)構(gòu)，將為開發(fā)具有成本效益、阻燃和低溫適應(yīng)性的全氣候、更安全的鋰離子電池電解液開辟一條途徑。

圖2. 極端條件測試

“Dragging effect” induced fast desolvation kinetics and ?50 ℃ workable high-safe lithium batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103098

3. Advanced Energy Materials：超快非平衡相變誘導(dǎo)尖晶石錳酸鋰雙晶界

缺陷工程被證明是通過改善結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和離子擴散來增強鋰離子電池電化學(xué)性能的重要因素。然而，傳統(tǒng)的合成方法流程長且復(fù)雜，因此難以有效且輕松地將缺陷引入電極材料中。

在此，天津大學(xué)陳亞楠，山東科技大學(xué)劉瑞等人報道了一種具有超快加熱和冷卻過程的高溫沖擊技術(shù)（HTS），可以在幾秒鐘內(nèi)將孿晶界（TB）快速引入純相尖晶石LiMn₂O₄中。各種異位技術(shù)揭示了超快合成過程中LiMn₂O₄ 的結(jié)晶機制。具有 TB 的 LiMn₂O₄表現(xiàn)出比傳統(tǒng)方法更高的倍率性能。

此外，外來元素可以在幾秒鐘內(nèi)均勻地融入LiMn₂O₄中，從而產(chǎn)生優(yōu)異的循環(huán)性能。例如，2% Ni 摻雜的LiMn₂O₄的初始容量為 121 mAh g^?1，在 1 C 下循環(huán) 500 次后容量保持率為 86.5%。

圖1. 結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作通過高溫超導(dǎo)技術(shù)合成了具有TBs的尖晶石型LiMn₂O₄作為LIBs正極材料。與通過傳統(tǒng)的無TB固態(tài)方法獲得的產(chǎn)品相比，該產(chǎn)品表現(xiàn)出更高的可逆容量和更好的倍率性能。本文揭示了高溫超導(dǎo)過程中各向異性相的形成過程，研究了LiMn₂O₄中TBs 形成的原因。

此外，通過高溫超導(dǎo)將Ni作為摻雜元素引入LiMn₂O₄中，通過抑制Mn²⁺的溶解和Mn³⁺的Jahn-Teller效應(yīng)來改善電化學(xué)性能，進一步減少LiMn₂O₄顆粒在循環(huán)過程中的裂紋。因此，該項工作為合成具有有益缺陷的電極材料提供了新思路。

圖2. 電池性能

Ultrafast Non-Equilibrium Phase Transition Induced Twin Boundaries of Spinel Lithium Manganate, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302484

4. ACS Nano：陽離子缺陷調(diào)節(jié)高壓鋰金屬電池中的鋰離子遷移

鋰金屬作為下一代高能量密度電池的負(fù)極材料具有很大的潛力。然而，鋰離子的不均勻傳輸會導(dǎo)致金屬電極上鋰枝晶的生長，導(dǎo)致嚴(yán)重的容量衰減和較短的循環(huán)壽命。

在此，深圳大學(xué)姚蕾團隊采用3D自支撐碳納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為集流體，同時利用具有陽離子（鈮和鈦）空位的陶瓷納米顆粒對碳纖維進行改性，使3D自支撐集流體帶有負(fù)電荷性質(zhì)，從而引導(dǎo)鋰的均勻沉積。

首先，該工作解決了陶瓷納米顆粒在碳纖維表面均勻分散的問題。通過在碳前驅(qū)體中引入環(huán)糊精，利用其表面豐富的羥基基團與交聯(lián)劑檸檬酸中的羧基基團產(chǎn)生的酯化反應(yīng)，形成穩(wěn)定的大分子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可將鈮、鈦離子分隔成島狀結(jié)構(gòu)，從而在熱處理過程中鈮酸鈦陶瓷顆粒均勻彌散在碳纖維表面，且由于碳熱反應(yīng)鈮酸鈦陶瓷顆粒中形成大量的金屬空位。其次，結(jié)合二維和三維的相場模擬及DFT計算，系統(tǒng)地闡明了金屬空位可在碳纖維表面形成垂直電場，從而誘導(dǎo)鋰離子均勻擴散和沿纖維徑向方向的均勻沉積行為；同時，金屬空位呈現(xiàn)出比氧空位和陶瓷氧化物本身更強的親鋰性。

圖1. 結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作通過靜電紡絲和熱處理合成帶有負(fù)電荷的TiNbO₄納米顆粒修飾的柔性三維自支撐CNF骨架。在碳納米纖維中引入帶負(fù)電荷的富含陽離子空位的TiNbO₄納米顆粒，協(xié)同作用促進Li⁺的遷移和分布，在初始成核階段誘導(dǎo)鋰金屬沉積行為，并沿納米纖維表面均勻沉積鋰。

此外，靜電紡絲碳納米纖維三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和豐富的內(nèi)部空間，作為三維鋰金屬集流體，可以顯著降低局部電流密度，限制鋰枝晶生長。

圖2. 電池性能

Cationic Defect-Modulated Li-Ion Migration in High-Voltage Li-Metal Batteries, ACS Nano 203 DOI: 10.1021/acsnano.3c09415

5. ACS Energy Letters：Pb-PbF₂ 對電極和稀釋液體電解質(zhì)改進氟離子電池

氟化物離子電池（FIB）因其高理論能量密度和豐富的資源成為有前途的儲能技術(shù)。然而，通常用于測試液體電解質(zhì) FIB 的浸沒電池嚴(yán)重影響了整體性能，并妨礙了不同研究之間的可比性，從而阻礙了 FIB 的進展。

在此，牛津大學(xué)Mauro Pasta團隊報道了一種可靠的 Pb-PbF₂ 對電極，可以使用雙電極紐扣電池。為了測試這種設(shè)置，作者首先引入一種液體電解質(zhì)，它結(jié)合了高濃度電解質(zhì)（甲醇中的四甲基氟化銨）的優(yōu)點，同時通過引入稀釋劑（丙腈）解決了其運輸和高成本的缺點。結(jié)果顯示，該工作報告了迄今為止容量保持率最高的 BiF₃-Pb-PbF₂ 電池來證明該系統(tǒng)的可行性。

圖1. 制備流程

總之，該工作提出了一種采用干法鑄造工藝、使用 PTFE 作為粘合劑的 Pb-PbF₂ 電極的新型制造方法，并使用新型稀釋液體電解質(zhì)驗證了它們在雙電極紐扣電池中作為對電極的效果。通過該種電解質(zhì)，該工作首次在FIB中報告使用稀釋劑（丙腈）來改善傳輸性能并減少高濃度電解質(zhì)（甲醇中的四甲基氟化銨）所需的鹽量，同時保留更寬的電化學(xué)窗口。

最后，作者通過循環(huán)對比相同干法鑄造工藝制備的 BiF₃ 電極，證明了 Pb-Pb₂ 作為紐扣電池對電極的適用性。因此，為實用且易于使用的電池配置（如紐扣電池）引入可靠的對電極是 FIB 發(fā)展的關(guān)鍵一步。

圖2. 電池性能

Advancing Fluoride-Ion Batteries with a Pb-PbF2 Counter Electrode and a Diluted Liquid Electrolyte, ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c02228

6. Energy Storage Materials：通過深度學(xué)習(xí)方法設(shè)計固體電解質(zhì)層間納米結(jié)構(gòu)實現(xiàn)鋰金屬負(fù)極的機械耐久性

由于鋰枝晶的生長，鋰金屬負(fù)極（LMA）面臨著重大的安全挑戰(zhàn)。固體電解質(zhì)界面（SEI）在抑制枝晶生長方面起著至關(guān)重要的作用。SEI存在由嵌入的晶體顆粒(CP)組成的納米結(jié)構(gòu)，這些CP的分布嚴(yán)重影響鋰金屬負(fù)極的機械耐久性，從而影響鋰枝晶的生長。因此，建立SEI 納米結(jié)構(gòu)與其機械耐久性之間的相關(guān)性對于設(shè)計具有高安全性能的SEI至關(guān)重要。

在此，西安交通大學(xué)鄧俊楷團隊提出了一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)學(xué)習(xí)模型，基于實驗觀察冷凍電鏡圖像得到一個高通量有限元方法(FEM)數(shù)據(jù)集。CNN模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測SEI結(jié)構(gòu)的機械失效時間(FT)。

此外，作者采用逆向蒙特卡羅(RMC)方法結(jié)合CNN模型探索具有較長FT的結(jié)構(gòu)，最終確定了具有均勻排列CP的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。此外，Ablation-CAM技術(shù)強調(diào)了CP分布在失效中的關(guān)鍵作用。

圖1. 數(shù)據(jù)集構(gòu)建實例和 CNN 模型性能

總之，該工作利用提出的CNN模型建立了CP分布與SEI的FT之間的相關(guān)性。CNN模型表現(xiàn)出了良好的預(yù)測性能，在測試數(shù)據(jù)集上達到了0.861的高R2值。對比分析表明，將RMC方法與CNN模型耦合得到的OD結(jié)構(gòu)具有一致的CP。與RD結(jié)構(gòu)110.24 s的FT相比，其FT顯著增加了9倍以上。

此外，設(shè)計的PD結(jié)構(gòu)顯示了超過RD結(jié)構(gòu)126倍的FT。因此，該工作為SEI的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了有價值的指導(dǎo)，為提高LMA的機械耐久性提供了有前景的解決方案。

圖2. RD、OD 和 PD 的 Ablation-CAM 和 FEM 結(jié)果

Design of Nanostructure in Solid Electrolyte Interphase for Enhancing the Mechanical Durability of Lithium Metal Anode by Deep-Learning Approach, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103096

7. Advanced Energy Materials：鋰-硫電池硫氧化還原電催化劑應(yīng)變效應(yīng)的成因

在鋰-硫電池（LSB）中，引入應(yīng)變被認(rèn)為是提高宿主材料催化活性的有效策略。然而，通過化學(xué)方法引入應(yīng)變往往不可避免地會導(dǎo)致化學(xué)成分和相結(jié)構(gòu)的變化，從而難以真正揭示催化活性增強的本質(zhì)和根本原因。

在此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)張乃慶，張宇等人通過簡單的熱處理和淬火將應(yīng)變引入MoS₂。研究表明，應(yīng)變將 Mo-S 鍵中的部分反鍵軌道提升到費米級以上，并削弱了 Li-S 和 S-S 鍵，從而使其緊密錨定，加速了多硫化鋰（LiPS）的轉(zhuǎn)化。

基于高應(yīng)變MoS₂的電池在 0.2 C條件下的初始放電比容量高達 1265 mAh g^-1，在1 C條件下循環(huán)1500 次，每次循環(huán)的平均容量衰減僅為 0.041%。

圖1. 作用機制

總之，該工作從電子結(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)方面揭示了硫氧化還原電催化劑應(yīng)變效應(yīng)的起源。通過淬火在 MoS₂ 中引入拉伸應(yīng)變，由于 MoS₂ 和石墨烯的熱膨脹系數(shù)不同，淬火會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。具體而言，拉伸應(yīng)變提高了 D 波段中心，將部分反鍵軌道推至 EF 以外，從而使電子更容易占據(jù)成鍵軌道。此外，拉伸應(yīng)變拉長了 MoS₂ 的晶格，削弱了 Li─S 和 S─S 鍵，從而降低了 Li₂S 分解的能壘和 SRR 中的 RDS。

結(jié)果表明，高應(yīng)變的 MoS₂/rGO 對 LiPSs 具有更高的錨定能力和催化性能。以MoS₂/rGO -5.6 作為電催化劑，電池在 0.2 C條件下的初始放電比容量高達 1265 mAh g_-1，在 1 C條件下循環(huán) 1500 次，平均容量衰減率僅為 0.041%。因此，該工作揭示了硫氧化還原電催化劑應(yīng)變效應(yīng)的起源，未來可根據(jù)這一原理設(shè)計出更先進的催化劑，加快實用 LSB 的發(fā)展。

圖2. 電池性能

The Origin of Strain Effects on Sulfur Redox Electrocatalyst for Lithium Sulfur Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302586

8. Nano Letters：氧空位增強了水系鋁-錳電池的質(zhì)子嵌入動力學(xué)

鋁離子電池因其優(yōu)越的電化學(xué)性能、低成本、高安全性而受到廣泛關(guān)注。為了解決電池性能的限制，探索新型正極材料并了解其反應(yīng)機理具有重要意義。在眾多候選材料中，多種結(jié)構(gòu)和價態(tài)使錳基氧化物成為水系鋁離子電池(AAIBs)的最佳選擇。

在此，河北大學(xué)張文明教授、李戰(zhàn)雨，新加坡科技設(shè)計大學(xué)楊會穎等人設(shè)計一種由具有豐富氧空位的γ-MnO₂組成的新型正極。結(jié)果顯示，該電極在0.2 A g^-1下表現(xiàn)出481.9 mAh g^-1的高放電容量，在0.4 A g^-1下循環(huán)200次后可實現(xiàn)高達128.6 mAh g^-1的可逆容量。特別是，通過密度泛函理論計算和實驗對比，驗證了氧空位對加速H⁺反應(yīng)動力學(xué)的作用。

圖1. 結(jié)構(gòu)分析

總之，該工作利用具有豐富氧空位的γ-MnO₂制備了錳基水系A(chǔ)IB。通過對氧空位的理論計算和測試，作者發(fā)現(xiàn)氧空位可以通過打開MnO₆八面體增加新的離子擴散路徑來改善H⁺的反應(yīng)動力學(xué)。因此，這種Al//O_v-MnO₂電池在~1.5和~1.0 V處提供兩個放電平臺。在0.2 A g^-1時最高放電比容量可達481.9 mAh g^-1，在0.4 A g^-1下循環(huán)200次后仍保持126.6 mAh g^-1容量。

此外，團隊還進行了一系列異位實驗進一步驗證了充電/放電機制，最后發(fā)現(xiàn)H⁺和Al³⁺共插入機制是MnO₂正極中的主要過程。因此，該項工作為二氧化錳材料在水系A(chǔ)IB中的應(yīng)用提供了見解。

圖2. 電池性能

Oxygen Vacancies Boosted Proton Intercalation Kinetics for Aqueous Aluminum–Manganese Batteries, Nano Letters 2023 DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03654