金属离子电池前沿研究成果精选【第3期】| Adv. Energy Mater.专题
1、Adv. Energy Mater. ：MoS2/石墨烯纳米片作为高效率钠离子电池的阳极材料
调整混合相之间的异质界面是设计先进储能材料的一个非常有前途的策略。近日，中南大学王海燕（通讯作者）团队报道了一种低成本、高产量、可扩展的两步法策略，该方法是将商用MoS2和石墨通过球磨和剥离制备一种包含MoS2/石墨烯纳米片的新型的混合材料。当作为钠离子电池的阳极材料进行测试时，所制备的MoS2/石墨烯纳米片显示出极高的倍率性能（在20 A g-1（≈30C）时为284 mA h g-1，在50 A g-1时为201 mA h g-1 （≈75C））和优异的循环稳定性（在0.3A g-1进行250次循环后容量保持率为95％）。
文献链接：MoS2/Graphene Nanosheets from Commercial Bulky MoS2 and Graphite as Anode Materials for High Rate Sodium-Ion Batteries（Adv. Energy Mater.,2017,DOI:10.1002/aenm.201702383）
2、Adv. Energy Mater. ：具有高振实密度的弹性夹心rGO-VS2/S复合材料：结构和化学协同性使高能量密度的锂硫电池成为可能
随着电子产品和电动汽车对高能量密度电池需求的不断增长，长寿命锂硫电池（Li-S）的发展取得了实质性进展。近日，中科院福建物质结构所王瑞虎、肖助兵（共同通讯）等人报道了由交替的VS2连接的还原氧化石墨烯（rGO）片和活性硫层组成的一系列弹性夹层结构阴极材料。由于VS2具有较高的极性和导电性，少量的VS2可抑制多硫化物的穿梭效应，提高硫在整个硫层中的氧化还原动力学。夹心结构的rGO-VS2/S复合材料的电化学性能显著改善，与rGO/S相比，具有高放电容量，低极化和优异的循环稳定性。
文献链接：Elastic Sandwich-Type rGO–VS2/S Composites with High Tap Density: Structural and Chemical Cooperativity Enabling Lithium–Sulfur Batteries with High Energy Density（Adv. Energy Mater. ,2017,DOI:10.1002/aenm.201702337）
3、Adv. Energy Mater. ：在锂离子电池中富锰层状氧化物阴极材料的选择性原位电化学掺杂
目前已经有很多工作对各种掺杂材料进行了研究，以此来改善用于锂离子电池的层状过渡金属氧化物的结构稳定性。近日，首尔大学Kyu Tae Lee、东国大学Young Kyu Han（共同通讯）等人首次采用原位电化学位点选择性掺杂工艺，选择性地用富Mg层状氧化物中的Li位置取代Li+。 通过电化学方法将Mg2+阳离子嵌入到脱锂富Mn多层氧化物中的Li位，形成[Li1-xMgy] [Mn1-zMz] O2（M=Co和Ni）。这种Mg2+插入是不可逆的，导致在Li位置有利于Mg2+的掺杂。 更有意思的是，插入的Mg2+掺杂剂的量随着[Li1-xMgy] [Mn1-zMz] O2中Mn含量的增加而增加，这归因于Mn-O电子转移增强了Mg2+掺杂剂与电负性O原子的反应活性。
文献链接：Site-Selective In Situ Electrochemical Doping for Mn-Rich Layered Oxide Cathode
Materials in Lithium-Ion Batteries（Adv. Energy Mater. ,2017,DOI:10.1002/aenm.201702514）
4、Adv. Energy Mater. ：用于锂离子电池的高可逆性磷化锡/石墨复合阳极的原位EXAFS衍生机理
近日，美国伊利诺伊斯理工大学Carlo U. Segre（通讯作者）团队通过原位X射线吸收光谱研究了具有优异的容量和循环性能（经过100次循环后）的新型Sn4P3/石墨复合阳极材料，揭示了嵌锂/脱锂过程的机理。结果表明，在前两个嵌锂/脱锂循环中，晶体Sn4P3完全转化为非晶SnPx相，其在进一步的循环中参与可逆转化和合金化反应。这种材料优异的可逆性归因于石墨基体中高度分散的SnPx，其提供增强的导电性并防止在嵌锂/脱锂过程中Sn团簇的聚集。
文献链接：In Situ EXAFS-Derived Mechanism of Highly Reversible Tin Phosphide/Graphite Composite Anode for Li-Ion Batteries（Adv. Energy Mater. ,2017,DOI: 10.1002/aenm.201702134）
5、Adv. Energy Mater. ：高能量功率密度和长寿命钠离子混合电容器
具有3D体系结构，大的石墨层间距和高电导率的碳片被期望是用于钠离子混合电容器（SIHC）的理想阳极材料。近日，中国科学院兰州化物所阎兴斌（通讯作者）等人通过直接煅烧柠檬酸钠（不需要任何额外的碳源），生产一种优异性能的3D框架碳（3DFC）的新方法。第一性原理计算验证了3DFC的大层间距和曲率结构有利于钠离子的嵌入/脱出。因此，3DFC样品表现出高的可逆容量以及优异的倍率和循环性能。在此基础上，采用3DFC作为电池型阳极，3DFC衍生的纳米多孔碳作为电容器型阴极，制备了双碳SIHC。它能够在0-4.0V的电势范围内提供高能量密度和功率密度的特性以及卓越的长期循环稳定性。
文献链接：Spontaneous Growth of 3D Framework Carbon from Sodium Citrate for High Energy- and Power-Density and Long-Life Sodium-Ion Hybrid Capacitors（Adv. Energy Mater. ,2017,DOI:10.1002/aenm.201702409）
6、Adv. Energy Mater. ：氧化还原介质的优化浓度及锂金属表面保护——维持锂离子电池的高能效
近来，已经提出了各种将氧化还原介体添加到电解质中，并将保护层引入Li金属的方法来克服Li-O2电池的低能量效率和低循环寿命。然而，由于在氧电极（阴极）和Li金属电极（阳极）两者的表面上的分解，氧化还原介质对于氧析出的催化作用在重复循环期间逐渐恶化。近日，汉阳大学Yang-Kook Sun（通讯作者）等人通过优化LiBr浓度和引入石墨烯-聚多巴胺复合层改善上述不足，优化的Li-O2电池分别设计了连续有效的氧化还原介质和稳定的Li金属电极保护层。这些协同作用使得充电电位降低到3.4V以下，并显著提高了Li-O2电池的稳定性和循环寿命。
文献链接：Optimized Concentration of Redox Mediator and Surface Protection of Li Metal for Maintenance of High Energy Efficiency in Li–O2 Batteries（Adv. Energy Mater. ,2017,DOI: 10.1002/aenm.201702258）
7、Adv. Energy Mater. ：用原位电化学方法诱导表面膜保护电极提高锂氧电池的可循环性
尽管可再充电的锂-氧（Li-O2）电池具有极高的理论比能量，但是这些电池的实际应用仍然受到碳基空气电极、Li金属阳极和电极不稳定性的限制。近日，美国太平洋西北国家实验室Ji-Guang Zhang、Wu Xu（共同通讯）等人证明简单的一步原位电化学预充电策略在惰性气氛下同时在碳纳米管（CNT），空气电极和Li金属阳极上产生薄保护膜。这种预处理后的Li-O2电池在1000 mA h g−1和500 mA h g−1容量限制下的循环寿命分别显著延长了110和180次循环，远远高于未经预处理的电池。
文献链接：Enhanced Cyclability of Lithium–Oxygen Batteries with Electrodes Protected by Surface Films Induced via In Situ Electrochemical Process（Adv. Energy Mater. ,2017,DOI: 10.1002/aenm.201702340）
8、Adv. Energy Mater. ：混合碳填料/聚合物电极用于高伸缩水性锂离子电池
可伸缩的电子设备被认为是下一代设备最有力的竞争者，然而，为了实现可拉伸的电子器件，首先需要开发可变形的能量器件。近日，韩国蔚山国家科学与技术研究院Soojin Park、So Youn Kim、Kwanyong Seo（共同通讯）等人提出了一种导电聚合物复合材料，其由含有碳纳米管和碳黑的Jabuticaba类混合碳填料以简单溶液工艺组成。实验发现混合碳/聚合物（HCP）复合材料即使在≈200％的高应变下也能有效地保持其导电性。为了解机械应变下聚合物基体中导电填料的行为，利用原位小角X射线散射分析研究了复合材料的微观结构。观察到HCP在拉伸时产生用于填充物互连的高效电通路，利用这种HCP复合材料可作为可拉伸的集电器。
文献链接：Jabuticaba-Inspired Hybrid Carbon Filler/Polymer Electrode for Use in Highly Stretchable Aqueous Li-Ion Batteries（Adv. Energy Mater. ,2017,DOI:10.1002/aenm.201702478）
本文由材料人新能源组Allen供稿，材料牛整理编辑。
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