复纳“锂”论｜投票评选环节正式开始

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锂硫电池的实用化进程主要受制于单质硫在充放电过程中体积的巨大变化、电化学反应中可溶性中间产物严重的穿梭效应和单质硫以及硫化锂较差的导电性。基于此，我们提出了一种采用无模板电弧放电的方式，一步合成了空心碳纳米笼包覆的富缺陷硫化钛的复合材料 (TiSx(1.5 < x < 2)@HCN)，并将其应用于高效的单质硫载体。该材料中的空心碳笼结构为活性物质的体积变化提供了空间。此外，双重限域效应（外层碳笼的物理阻隔作用和内部硫化钛的化学吸附作用）有效地抑制多硫化锂 (LiPSs) 的穿梭效应。结合理论计算，硫化钛的硫空位加速了长链LiPS向短链产物的转化，从而促进了电化学反应动力学。复合杂化正极 (TiSx@HCN-S) 在0.1C的倍率下可逆容量达到1118.6mAh g^−1。在200次充放电循环中，每个循环的容量衰减仅为0.108%，远优于同类体系。这一合成策略为后续纳米复合材料的开发提供了理论依据和借鉴。

为了保证高压锂金属电池的循环稳定性，稳定的电极/电解液界面必不可少。这里，我们以多功能添加剂乙氧基（五氟）环三磷腈（PFPN）为例，揭示了其通过独特的协同反应机制在正极和锂负极表面同时形成界面保护层。具体的，氟代磷腈首先与锂金属负极反应形成富LiF的固体电解质界面膜（SEI），稳定锂沉积/溶解过程，从而明显改善锂的沉积形貌。同时，原位生成的具有脱氟结构的PFPN衍生物容易在正极被氧化，形成一种稳定的阴极电解质界面膜（CEI），进而防止高压下电解液的氧化和电极材料的衰减。因此，PFPN的加入明显提升了LNMO|Li 和LCO|Li高压全电池的循环稳定性和倍率性能。特别是LiNi0.5Mn1.5O2 | Li全电池，在有限锂条件下（N/P=7.6），100次循环后容量保持率高达90.7%，是不含PFPN的传统电解液的LNMO|Li电池的两倍（47.5%）。

开发全固态锂离子电池（ASSBs）是解决液态电池安全问题的一种有效途径，但界面问题使ASSBs不足以提供长期的循环性能和可接受的速率性能。因此，我们提出了一种新的能够有效增强界面锂扩散动力学的电解质界面层结构：3DLLZO陶瓷框架与高离子导电率的塑料晶体电解质相结合（3DLLZO-PCE）。柔性塑料晶体不仅能实现与刚性3DLLZO框架和正极的紧密接触，而且能够通过在三维框架界面处的分子重组实现超快的Li扩散。以该界面层结构所组装的ASSBs具有极低的界面电阻，当使用LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM）正极时，初始放电容量为165.3 mAh g-1，在100个循环后容量保持率为95%。此外，这些NCM-ASSBs在更高的电压范围内（2.8-4.5V）拥有比传统液态锂离子电池（LIBs）更好的循环性能。50次循环后，3DLLZO-PCE的容量保持率为92%，而LIBs仅为85%。我们认为，该策略为构建高性能ASSBs提供了有用的指导，这对它们的进一步商业化具有重要意义。

隔膜是保证锂离子电池安全和提高其性能的关键材料。目前，商业锂离子电池隔膜主要是聚烯烃有机隔膜，但高温下隔膜不稳定导致电池短路和火灾风险。本文采用静电纺丝法制备了柔韧的SiO2纳米纤维膜与聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）复合纳米纤维膜。SiO2/PVDF-HFP 复合纳米纤维膜（SPF）的机械强度是纯 SiO2 纳米纤维膜的两倍。在200°C 时，SPF 隔膜的尺寸几乎没有变化。与市售聚乙烯（PE）隔膜相比，SPF 用于锂离子电池隔膜时，180°C 下表现出优异的热稳定性和大面积封闭电池。SPF 的孔隙率为 89.7%，是普通 PE 隔膜的两倍以上。SPF 的液体吸收率远高于普通 PE 隔膜，达到 483%。此外，实验结果表明，基于 SPF 隔膜的锂离子电池的循环和倍率性能也得到显著改善。这些优异的性能，以及静电纺丝技术具备大规模生产纳米纤维膜的潜力，使SPF成为大功率电池隔膜的理想选择之一。

为揭示钾离子电池体系中材料维度背后的基础科学，我们首次采用简单可控的方法合成了均匀的棒状、片状和球状MoS2，研究其储钾机制的不同。当MoS2呈分层棒状时，存在更多的插层赝电容（扫描速率为1.5 mV s-1时为74.8%），并且倍率性能较好（分别在0.1和1 A g-1时为320和183 mAh g-1）。相反，MoS2片和球体的赝电容很小（分别为69.1%和61.4%），因此表现出低倍率性能（在0.1和1 A g-1，MoS2片为232和110 mAh g-1，MoS2球185和96 mAh g-1）。密度泛函理论（DFT）结果表明，K原子更容易占据八面体（Oh）位置。此外，MoS2棒电极的非破坏性三维重建有力地证明了K+嵌入后棒结构的完整性。这项工作为二维（2D）材料的设计开辟了新的途径，并对钾离子电池体系的电荷储存机制提供了深刻的见解。

本文设计了一种三维结构复合材料，以缓解锂离子电池硅负极在循环过程中的体积效应这一瓶颈问题并有效改善电极导电性。探索了一种通过可控凝胶化过程原位制备由交联碳纳米管（CNT）增韧并用导电纳米铜修饰的多层碳基体三维复合材料的方法。在结构上，硅颗粒表面形成了双层碳壳，以提高导电性，并减轻副反应从而稳定SEI。由于特殊工艺，铜纳米颗粒在处理过程中保持金属状态，并作为导电剂修饰在碳基体中可进一步提高电极导电性。通过多层结构和交联碳纳米管增强增韧碳基体，使硅颗粒在三维碳基体中分散均匀，并有效缓解硅负极循环过程中由于体积变化带来的结构破坏问题。因此Si@C@铜复合电极材料表现出良好的电化学性能，循环容量保持高达1500 mAh/g（900次循环后，1 A/g） 以及高倍率性能（1035 mAh /g,4 A/g电流下). GITT测出的DLi+范围也显示出比很多其他已发表数据更高，为10^−11-10^−9cm^−2s^−1。