作者：张新新 1 岑官骏 1乔荣涵 1朱璟 1郝峻丰 1孙蔷馥 1田孟羽 2金周 2詹元杰 2闫勇 2贲留斌 2俞海龙 1刘燕燕 1周洪 3黄学杰 1,2
单位：1. 中国科学院物理研究所； 2. 松山湖材料实验室； 3. 中国科学院武汉文献情报中心
引用：张新新, 岑官骏, 乔荣涵, 等. 锂电池百篇论文点评(2024-12-01—2025-01-31)[J]. 储能科学与技术, 2025, 14(3): 1310-1330.
DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0155
摘 要 该文是一篇近两个月的锂电池文献评述，以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2024年12月1日至2025年1月31日上线的锂电池研究论文，共有5413篇。首选采用BERTopic主题模型分析其摘要文本，构建锂电池论文的研究主题图，再选择其中100篇加以评论。正极材料的研究集中于高镍层状材料和尖晶石结构LiNi0.5Mn1.5O4材料的掺杂改性、表面包覆、结构设计等。负极材料的研究重点包括硅基负极的结构设计和性能提升、金属锂负极的界面和体相结构设计。固态电解质的研究包括对聚合物、硫化物和卤化物及其复合固态电解质的结构设计以及相关性能研究。其他电解液和添加剂的研究则主要包括不同电解质和溶剂对各类电池材料体系适配的研究，以及对新的功能性添加剂的探索。对固态电池，正极材料的体相改性、表面包覆和合成方法、锂金属负极的界面构筑和三维结构设计、无负极集流体的界面修饰有多篇文献报道。此外，锂硫电池和锂空电池也备受关注。电极中的锂离子输运和失效机制、锂沉积形貌和SEI结构演变、全电池热失控分析，电解质对CEI组分影响的理论模拟以及优化制造工艺的论文也有多篇。
关键词锂电池；正极材料；负极材料；电解质；电池技术
基于近两个月发表的锂电池文献，采用BER Topic主题模型分析其摘要文本，构建锂电池论文的研究主题图，展示该领域研究的全局态势，如图1(a)所示。每个点代表一篇论文，点之间的距离反映了论文在主题上的相似度，而不同颜色则代表不同的研究主题。近期研究成果主要集中在21个主要主题，形成了明显的集群，锂硫电池、聚合物电解质、高镍正极、枝晶生长、硅负极等关键材料和组件的研究主题集中在图的右半部分，电池性能预测、热安全等电池管理相关主题主要分布在左半部分。选择其中100篇加以评论，在主题图中以蓝色点标记，如图1(b)所示，广泛覆盖了高镍正极、锂硫电池、固态电解质、电解质溶液、硅基负极、枝晶生长等多个关键主题。图1(c)进一步展示了主要研究机构的近期研究动向。
锂电池论文的研究主题分布(2025-12-01—2025-1-31)
1 正极材料
Bergschneider等对LiNiO2(LNO)中裂纹形成相关的各向异性结构变化的详细密度泛函理论(DFT)建模和分析揭示了深充电循环时机械行为与电荷转移和氧氧化还原活性的联系(>4.2 V vs Li/Li+)。在两相区和H2-H3从66%脱锂到100%脱锂的转变中，[NiO6]八面体的氧被发现在缺锂区域的生长过程中发生氧化还原，导致随着锂的耗尽，c晶格机械减弱和塌陷。研究了锂位掺杂剂以局部补偿阴离子氧化还原，从而增强库仑排斥力并支持层间厚度，即使在100%充电深度下也是如此。Lix-yMyNiO2中M的离子大小和氧化态被发现从根本上影响稳定能力，异步调节各向异性应变和体积膨胀。混合掺杂成分的优化可以实现“零应变”高镍Li(Ni,Co,Mn)O2(NCM)或LNO。Nascimento Nunes等用干法包覆(DRC)和近饱和浸渍法(IWI)两种方法对LNO进行Nb基涂层处理。研究结果表明，涂层工艺对电池的循环稳定性有显著影响。通过DRC方法制备的样品(DRY400和DRY700)在400 ℃和700 ℃下处理后，DRY400样品在100个循环后仍显示出较好的容量保持率(80.1%)。而通过IWI方法制备的样品(IMP400和IMP700)在400 ℃下处理时表现出最佳的循环稳定性，100个循环后的容量保持率达到84.5%，这表明均匀的、非晶态的Nb基涂层对LNO的循环稳定性最为有利。Liao等利用过饱和的二氧化碳(CO2)气泡在正极材料(如LiCoO2和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)表面形成均匀有效的钝化层。这种碳酸化层不仅提供机械保护，还能促进金属离子交换，形成高弹性的界面。改性后的正极材料在高电压条件下展现出显著的容量保持率和能量密度提升，其中NCM811在4.8 V电压下100个循环后容量保持率超过90%。An等提出LiNiO2中的本体氧化还原是通过Ni-O再杂化发生的，降低了O位上的电子密度，但重要的是没有分子O2的参与。相反，被捕获的O2与电解质接触的表面降解有关，并伴有Ni还原。放电时O2被去除，但过量的Ni2+仍然存在，形成还原的表面层，与锂传输受阻有关。这表明与电解质接触的脱锂LiNiO2的不稳定性通过O2形成和Ni还原导致表面降解，突出了表面稳定策略在抑制LiNiO2降解方面的重要性。
Cai等为层状氧化物正极材料提出了一种精确设计的保形涂层，该涂层对氧原子具有高亲和力，即使在高温下也能巧妙地用于固定层状氧化物的表面结构。通过防止高温锂化过程中发生不良的表面分解，促进了表面有序层状结构的形成，减轻了高倍率循环过程中的相分离，释放了层状氧化物正极的卓越倍率能力和循环稳定性。Zhang等提出了一种针对废旧高镍正极材料的双功能高效升级回收策略，以提升其高倍率性能。具体而言，该方案创新性地利用退化氧化物中的锂空位，有效降低镧元素的扩散势垒，扩大层状结构的晶格间距；同时通过构建锂离子导电的LiLaO2均匀包覆层，显著抑制界面酸腐蚀和结构向岩盐相的退化。透射模式X射线衍射技术实时追踪了再生正极材料在充放电过程中的可逆晶格呼吸行为，证实了经修复后材料具有连续的、动力学增强的固溶体反应过程。所组装的再生LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2/石墨软包电池(1.4 Ah)在500次循环后容量保持率达91.0%。Lin等通过引入钨元素调控富镍层状氧化物(NRLO)的微/纳结构，实现首圈可逆容量提升14 mAh/g。基于像差校正扫描透射电子显微镜(STEM)的表征表明，该策略诱导形成了以共格尖晶石孪晶界为特征的改性微观结构。理论建模与电化学分析进一步揭示，容量提升机制与这种共格尖晶石孪晶界密切相关——其可降低Li+扩散势垒，使更多Li+参与更深层次的相变反应。同时，NRLO表面及晶界处生成的致密均匀LiWxOy相可抑制其与电解液的副反应，进而延长循环寿命。Wang等通过超快焦耳加热方法，加速了掺杂诱导的超高镍正极材料的表面重构过程。密度泛函理论(DFT)计算、同步辐射X射线吸收光谱(XAS)和单颗粒力学测试证实了稳定晶体框架和晶格氧的建立，从而缓解了H2-H3相变并提高了结构可逆性。此外，扫描透射电子显微镜(STEM)结果显示，钪(Sc)掺杂在晶粒边界处产生了固定效应，增强了锂离子(Li+)的扩散动力学，减小了循环过程中的机械应变。通过STEM和飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)发现在晶粒边界处形成的阳离子混合层还促进了稳固的正极/电解质界面层的形成，有效减少了界面副反应和过渡金属溶解。上述协同优化作用降低了颗粒破裂和表面/界面退化，显著提升了材料的倍率性能、结构完整性和热稳定性。因此，优化后的钪掺杂超高镍正极材料(Sc-1)在1C倍率、25 ℃条件下循环100次后容量保持率为93.99%，在50 ℃条件下为87.06%。Wang等通过用Y3+取代Li+来重构电子结构。掺杂剂在锂层内可以将电子转移至相邻的晶格氧，从而在氧位点积累的电子通过还原耦合机制转移至高价态镍。这种改性策略通过调节局部电子结构，抑制了氧缺陷的产生，特别是在充电状态下降低了高活性Ni4+物种的浓度，避免了意外相变的发生。此外，通过增强锂层与过渡金属层之间的耦合强度，实现了高电压条件下快充性能的提升和循环稳定性的增强。Jin等调查了锂离子电池(LIB)高镍(Ni)正极材料中残余锂(Li)化合物的纳米结构，并提出了控制这些化合物的策略。研究发现，残余Li化合物不仅存在于次级颗粒的表面，还以晶体相存在于初级颗粒之间的晶界孔隙内。虽然清洗可以去除这些化合物，但可能会导致结构退化和电化学性能不佳。因此，该研究提出了几种策略，包括使用含过渡金属的溶剂进行清洗、干法涂层以及采用单体结构的单晶颗粒，以精确控制残余Li化合物，同时保持结构完整性。
Choi等通过从正八面体到球形的形貌控制，成功抑制了过渡金属在LNMO中的溶解。铌作为掺杂剂加入，限制了(111)晶面的生长，并通过均匀化表面能来提高晶面指数。球形形态更小的表面积减少了与电解质的接触面积，从而抑制了Mn离子的溶解。因此，与原始LMNO相比，铌掺杂LNMO表现出优异的倍率性能、半电池1C下500次循环后的容量保持率为74.1%。
2 负极材料
2.1 硅基负极材料
Wang等基于聚乙烯醇(PVA)接枝甲基丙烯酸(MAA)的水性黏合剂(PVA-g-M)，并应用于Si/C负极。MAA的羧基的引入使PVA-g-M形成更多的氢键，增强了黏结膜的内聚性和与硅基表面的附着力。同时，MAA的含甲基段可以润湿碳基表面，从而增强PVA-g-M与碳质材料的附着力。此外，在热处理过程中，PVA段和硅表面的羟基都可以与羧基发生酯化反应，进一步提高了键合强度。采用PVA-g-M黏结剂制备的Si/C负极在循环过程中可以明显抑制电极体积膨胀，保持较高的结构完整性，形成具有高氟化锂含量的SEI，具有优异的循环稳定性(300次循环后容量保持率为81.1%)。
2.2 金属锂负极材料
Jeong等通过分析过去60年纯锂的实验数据，构建了纯锂的变形机制图(DMM)，以指导全固态锂离子电池中锂金属与固态电解质界面的稳定性优化。研究发现，通过控制堆叠压力可以有效抑制锂金属与固态电解质界面的空洞和枝晶形成。理想的堆叠压力取决于锂金属厚度、长宽比、电流密度、晶粒尺寸和温度等因素。详细分析了纯锂在不同温度、应变率和晶粒尺寸下的蠕变变形机制，包括位错滑移、晶界滑动(GBS)和扩散蠕变等，并通过实验数据拟合得到了相应的本构方程。基于这些方程，构建了σ-T和σ-d类型的DMM，明确了不同条件下主导的变形机制。研究结果表明，降低晶粒尺寸和提高温度有利于在较低的堆叠压力下实现界面稳定性，从而有效抑制空洞和枝晶的形成。Chen等提出了一种通过重结晶技术将商业多晶锂转化为单晶锂(110)的方法，用于高临界电流密度的全固态锂金属电池。单晶锂(110)的扩散势垒仅为0.02 eV，远低于多晶锂的0.2 eV，其杨氏模量也从9.42 GPa大幅降低至2.71 GPa。在固态电池中，单晶锂(110)的临界电流密度显著高于多晶锂，分别在氧化物、卤化物和硫化物固态电解质中达到6 mA/cm2、5 mA/cm2和5 mA/cm2。此外，单晶锂(110)在与高镍正极配对的全电池中表现出优异的循环稳定性，循环寿命延长5倍。该研究通过调控晶面特性，有效解决了高能量密度电池的关键挑战，为锂金属电池的商业化提供了新的思路。Becker等针对固态电池中锂金属负极的微观结构控制问题，特别是电沉积锂在钢Li6PS5Cl界面的晶粒尺寸、密度及分布如何受电流密度和层厚度的影响，结合低温离子束铣削、SEM和EBSD技术表征电沉积锂的微观结构，并结合蒙特卡罗Potts模型进行模拟分析。锂的沉积中晶粒尺寸并未受到电流密度影响，电流密度(50～500 μA/cm2)对晶粒尺寸(平均约20 μm)和晶粒密度(约28～57 grains/mm)无显著影响。而在层厚方面，锂层厚度从5 μm(1 mAh/cm2)增至50 μm(10 mAh/cm2)时，晶粒宽度从16 μm增至194 μm，晶粒密度从57 grains/mm降至5 grains/mm。得出如下结论：①快速平衡与晶粒生长，室温(Th=0.66)下锂具有高晶界迁移率，电沉积后晶粒通过“曲率驱动”快速生长，层厚度成为晶粒尺寸的决定因素(“样品厚度效应”)。②界面能量驱动：锂与Li3PS5Cl界面的能量交互促使晶粒沿垂直方向生长，形成柱状结构；模拟显示界面能差异导致小晶粒优先被大晶粒吞并。③应力释放与结构均质化，较厚锂层中晶粒内位错(GROD角度降低)减少，表明晶界能量降低，晶粒趋于稳定状态。因此锂的微观结构由层厚度主导，而非电沉积动力学参数(如电流密度)，晶粒生长机制符合正常晶粒生长模型(Normal Grain Growth)。
Ma等通过阴离子-π相互作用来调节高性能无负极锂金属电池的内亥姆霍兹平面(IHP)和电解质溶剂化化学，使阴离子集中在电极表面，并调整IHP结构以构建稳定的阴离子衍生的SEI层，从而实现高度可逆的镀/析Li过程。通过设计不同偶极矩(Qzz)值的集流器，证明了电极表面电荷、IHP的竞争吸附和SEI结构之间的密切关系。特别是，具有高Qzz值(+35.1)的改性碳布集流器在碳酸酯电解质中，在230次循环中提供了99.1%的高库仑效率，使具有商业级面积容量(4.1 mAh/cm2)的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2基无负极锂金属电池具有长寿命和高容量保持率。
2.3 其他负极材料
Wang等研究了类MOF结构多金属氧酸盐(POM)材料中双氧化还原机制协同驱动的高容量与快速锂存储特性。通过同步辐射吸收谱(EXANES、sXAS)证实锂嵌入引发的中间体结构转变，结合XPS、光电流阻抗谱(PIR)、飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)及7Li核磁共振(NMR)分析，明确低电压区金属锂的可逆沉积/剥离行为，验证了混合锂存储机制(插层-金属锂双路径)。机理上，Li+配位通过增强V-t2g轨道电子占据并闭合Hubbard能隙，优化电荷传输动力学；而层间π共轭结构促使锂离子沿多孔孔壁路径迁移，实现0.09 eV的低扩散势垒。基于此，POM电极表现出优异性能：0.1 A/g下可逆容量达1200 mAh/g，8 A/g高倍率下仍保持404 mAh/g，且2000次循环后容量近乎无衰减(100%保持率)。Jager等针对石墨负极在大规模储能中应用里的倍率和资源丰度问题，提出了一种通过固态合成方法制备的混合相铜铌酸盐(CuNb2O6)作为锂离子电池负极材料。研究者通过球磨法合成不同相的铜铌酸盐，二价3d金属氧化物(MO)与氧化铌(V)的结合形成了铌矿(MNb2O6)晶体结构，其工作电位与Li4Ti5O12(LTO)相似，铌矿材料以其异常稳定的层状结构而闻名，该结构允许锂离子的可逆嵌入。理论上，这种结构每个单元电池最多可以容纳3个锂离子，同时保持其具有广泛一维通道的分层主客体结构。在1C下容量为167 mAh/g，在10C和60C下容量分别为95 mAh/g和65 mAh/g。在250C倍率下容量为37 mAh/g，大的伪电容响应(高达90%)，高Li+扩散系数(1.8×10-12 cm2/s)和循环之间的稳定容量保持率(99.98%)。与石墨相比，在相当的能量密度(470 Wh/L)下，复合材料的功率密度(27000 W/L)高出70倍。
3 电解质及添加剂
3.1 固态电解质
Kim等研究了一种含异氰酸酯基团的弹性体电解质(SPE)，用于4.7 V高电压固态锂金属电池(LMB)。通过在SPE中引入异氰酸酯基团(－N＝C＝O)，开发出具有双连续结构的电解质，包含弹性体和塑料晶体相。该设计的SPE在25 ℃下表现出高离子电导率(0.9×10-3 S/cm)、优异的弹性(断裂伸长率为330%)和增强的抗氧化稳定性(超过4.8 V vs. Li/Li+)。这种性能的提升归因于异氰酸酯基团形成的抗氧化无机富集界面层，以及双连续结构SPE带来的均匀锂沉积。Huang等通过原位聚合策略构筑BAEDA-PETEA-LE-PAN三维交联凝胶电解质，采用聚丙烯腈(PAN)纳米纤维骨架支撑BAEDA-PETEA-LE前体渗透，形成非晶态复合结构(XRD宽化峰半高宽达5.8°)。分子间氢键与静电作用协同抑制阴离子迁移(阴离子扩散系数降低至3.2×10-12 cm2/s)，同时PAN的氰基与PETEA交联网络构筑高效锂离子通道(活化能为0.29 eV)，实现30 ℃下0.93的锂离子迁移数与2.57×10-3 S/cm的离子电导率。锂对称电池在0.05 mA/cm2下循环1400 h极化电压仅8 mV，锂沉积层取向优化[XRD (002)晶面占比92%]，表面孔隙率<2%。匹配高镍NCM811正极的全电池在3C速率(4.3 mA/cm2)下200周循环容量保持83%，10C极端倍率下仍输出142.89 mAh/g比容量。分子动力学模拟表明，BAEDA的胺基与TFSI-阴离子形成强配位(结合能-1.8 eV)，而PETEA的交联密度(交联点间距1.5 nm)调控Li+溶剂化壳层，将接触离子对(CIP)比例提升至68%。Feng等开发了厚度约10 μm的高强度固态聚合物电解质(SPE)，通过－CF3官能团精准设计，构建CF3-COF@PVDF-HFP复合体系，实现室温下1.21×10-3 S/cm的高离子电导率与0.77的锂离子迁移数(较未修饰COF体系提升3.2倍)。基于分子动力学模拟证实，CF3基团调控了PVDF-HFP多级微孔结构(孔径分布优化至5～30 nm)，形成互连Li+传输通道(迁移活化能降低至0.18 eV)，促使锂沉积晶面取向优化[(002)晶面比例达87%]。对称电池在1 mA/cm2/1 mAh/cm2条件下稳定循环超9000 h，锂负极表面粗糙度控制在15 nm以下。匹配4.5 V高压钴酸锂正极的全电池，1000周循环容量保持率达89%，Ah级软包电池经300周循环膨胀率小于5%。Nakamura等通过原位聚合策略将含有BAEDA、PETEA及锂盐的溶液渗透至PAN纳米纤维膜中，制得非晶态凝胶电解质BAEDA-PETEA-LE-PAN。其分子设计通过PAN氰基/PETEA交联网络构建快速Li+通道，同时BAEDA的胺基与阴离子形成分子间作用抑制阴离子迁移，实现30 ℃下0.93的高锂离子迁移率及2.57×10-3 S/cm的离子电导率。Li|GPE|Li对称电池在0.05 mA/cm2下稳定循环1400 h，极化电压仅8 mV。基于NCM811正极的全电池于3C倍率循环200次后容量保持83%，10C倍率放电比容量达142.89 mAh/g。Zhao等报道了一种金属-有机配位增强的聚合物电解质(MPE)。利用配位交联技术在分子水平上架起了有机和无机分子的桥梁，设计并合成了一种先进的金属配位聚合物，它以Mo(Ⅱ)桨轮络合配合物为四配位连接体，室温下表现出高离子电导率(0.712×10-3 mS/cm)、高锂离子迁移数(0.625)、较高电化学稳定性(ESW>5 V)和低界面阻抗。具有超薄(19 μm)MPE的锂‖锂对称电池在1.0 mA/cm2的条件下可实现超过700 h的稳定剥离/镀锂循环过程，同时具有超低的过电位(约为20 mV)，并可在-15～100 ℃的宽温域条件下稳定地工作，无明显的电压极化或短路现象。此MPE组装的锂‖磷酸铁锂(Li‖LFP)电池在1.0C和室温条件下循环3000次后，容量保持率72.9%。Lyu等以四亚甲基砜(TMS)和二(2,2,2-三氟甲基)碳酸酯(TFEC)形成固体聚合物电解质(SPE)，研究对电池性能的影响。理论计算和飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)分析表明，四亚甲基砜(TMS)和二(2,2,2-三氟甲基)碳酸酯(TFEC)分别在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM)正极和Li负极界面上表现出选择性吸附。这些化合物进一步分解形成稳定的正极-电解质界面(CEI)膜和固体电解质界面(SEI)膜，从而同时实现SPE与Li负极和NCM正极之间的优越界面。制备的Li‖SPE‖锂电池在0.3 mA/cm2下可持续循环1000 h以上，而NCM|SPE|Li电池在1C下循环1000次后容量保持率达到86.8%。Wei等制备了一种含有羧酸酯溶剂的准固态电解质(QSSE)，羧酸酯溶剂具有乙氧基侧二氟取代基(－OCH2CF2H)。QSSE通过Li-F和Li-O与氟化羧酸酯溶剂的配位形成适度的溶剂化鞘层，这不仅促进了Li+在低温下的脱溶剂化，而且诱导了富liF界面的形成，抑制了锂枝晶的生长和正极表面的有害副反应。结果表明，QSSE能够在4.6 V下支撑LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2(NCM622)电池的稳定循环，在-20 ℃下循环700次后，容量保持率高达85%，平均库仑效率(CE)超过99.9%。即使在-40 ℃的较低温度下，NCM622电池在125次循环后仍能提供87.9%的高容量保持率。此外，原型450 Wh/kg软包电池(2.9 Ah)在-20 ℃下能够温度运行75个循环，使用的电解质/容量(E/C)比为1.5 g/Ah，容量保留率为83.4%。
Hou等开发了一种由非晶TiO2纳米管阵列与PEO基固体聚合物电解质交织而成的复合固态电解质。这种仿牙釉质结构的电解质同时具有高刚度(杨氏模量15 GPa，硬度0.13 GPa)和高阻尼(tanδ=0.08)。因此，该复合电解质不仅可以抑制锂枝晶的生长，还可以保持与电极的紧密接触。得益于非晶陶瓷的氧空位有效地解耦了Li-TFSI离子对，复合电解质还表现出1.34×10-4 S/cm的高离子电导率。基于复合电解质组装了锂对称电池，其电池能在60 ℃下以0.1 mA/cm2电流密度稳定循环超过2000 h，在30 ℃下以0.1 mA/cm2电流密度稳定循环超过500 h。Wang等报道了一种兼具阻燃与界面优化的聚环氧乙烷-角叉菜胶(PEO-CG)复合固态电解质体系。通过在电解液中引入天然阻燃剂角叉菜胶，使膜材料在100 ℃高温下保持稳定且120 s不燃，保障热安全性。创新性地采用离子溅射纳米金与热沉积碳颗粒协同表面改性，构建PEO-CG Au-C复合膜界面，将电极/电解质界面电阻成功降低至13.44 Ω(体相Rb)与547 Ω(电荷转移Rct)，同时实现80 ℃条件下0.174 mm2/s的温度均匀扩散系数。改性后的电解质显著提升了临界电流密度至4 mA/cm2，有效抑制锂枝晶形成，并将锂对称电池循环寿命延长至1000次。该体系在LCO电池中展现出102 mAh/g的可逆容量。Feng等基于氟化聚合物基体构建厚度<15 μm的高强复合凝胶电解质(HCGPE-PE)，其互联多孔结构(孔隙率68%)与均匀相分布(AFM粗糙度<3 nm)赋予其12.5 MPa抗拉强度及4.2%断裂伸长率。通过Raman光谱(Li+溶剂化峰偏移18 cm-1)与分子动力学模拟证实，高接触离子对(CIP，53%)和聚集体(AGG，37%)比例优化了电解质结构，降低锂沉积活化能至0.22 eV，促进界面稳定SEI/CEI形成(XPS揭示LiF含量>62%)。匹配50 μm薄锂负极的对称电池在2 mA/cm2，1 mAh/cm2下稳定运行950 h，过电势仅18 mV，锂沉积层取向因子[XRD(002)面占比达89%]与表面平整度(SEM褶皱深度<200 nm)显著提升。采用17.3 mg/cm2高负载NCM811正极的Ah级软包电池在0.5C下400周循环容量保持率94%，单周衰减率0.015%；经切割测试后仍维持91%容量(TOF-SIMS显示界面层厚度稳定在45 nm)，热失控温度提升至172 ℃。
Li等报道了一种具备锂兼容性且空气稳定的富空位β-Li3N固态电解质。这种富空位β-Li3N在25 ℃下表现出2.14×10-3 S/cm的高离子电导率，其高离子电导依赖于Li和N空位介导的快速锂离子迁移机制，该机制涉及空位触发的活化能降低和移动锂离子数量的增加。使用富空位β-Li3N的全固态锂对称电池能够实现高临界电流密度(高达45 mA/cm2)，高容量(高达7.5 mAh/cm2)与高循环稳定性(>2000次循环)。富空位β-Li3N对锂金属具有本征稳定性，且通过形成表面保护层具有空气稳定性，使用富空位β-Li3N作为负极侧电解质，Li3InCl6+Li3YCl6作为正极侧电解质与LiCoO2(LCO)和富镍LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2(NCM83)正极构建全固态锂金属电池，LCO电池在1.0C下循环5000次后容量保持率为82.05%(95.2 mAh/g)，NCM83电池在1.0C下循环3500次后容量保持率为92.5%(153.6 mAh/g)。Hong等利用非晶固态电解质xLi3N-TaCl5(1≤3x≤2)开发了能够低温运行的全固态电池，采用质量负载为4.46 mg/cm2的LiCoO2正极和Li-In负极构建全固态电池，在18 mA/g电流密度下，电池在-10 ℃、-30 ℃和-40 ℃下的初始放电容量分别为183.19 mAh/g、164.8 mAh/g和143.78 mAh/g，且电池在-30 ℃下100次循环后仍能保持137.6 mAh/g的放电容量。此外，其电池也能在18 mA/g的电流密度和-60 ℃的极端低温环境下，发挥出51.94 mAh/g的初始放电容量，且能够稳定循环超过200 h。
Liu等通过高速机械研磨和退火方法合成出立方体形貌的Li5.3PS4.3ClBr0.7锍银锗矿电解质(BMAN-LPSCB)。得益于均匀的微观结构，材料经冷压便可以生产出孔隙率降低的电解质片。此外，形貌缺陷的消除增强了电解质抑制枝晶形成的能力，其电解质片临界电流密度达到3.8 mA/cm2。使用BMAN-LPSCB电解质的锂对称电池在3 mA/cm2的高电流密度和3 mAh/cm2的循环容量下稳定运行超过150 h。使用BMAN-LPSCB电解质的全固态Li/NCM电池也能够在1C倍率下循环超1000次，容量保持率达96%。Yuan等结合湿式球磨和原位聚合工艺，制备出聚碳酸亚乙烯酯包覆Li5.5PS4.5Cl1.5的复合硫化物固态电解质，合成的电解质颗粒在无黏合剂的情况下冷压时，能够形成紧密堆积结构且无空隙。包覆后的电解质相比包覆前实现了更高的临界电流密度(2.0 mA/cm2对0.65 mA/cm2)，且在0.5 mA/cm2下实现了2000 h的稳定循环。独特的包覆结构还减轻了电解质和电极之间的化学机械失效，防止了界面阻抗的快速增加，并在LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2‖Li电池中实现了173.5 mAh/g的高初始容量，能够稳定循环超过300次，没有出现LPSC中常见的软短路现象。Liu等利用长链烷基硫醇(1-十一烷硫醇)可逆化的表面改性硫化物电解质，使硫化物电解质(例如Li6PS5Cl)能够在潮湿的环境空气中加工，证明了1-十一烷硫醇与电解质具有化学相容性，对其离子电导率的影响可以忽略不计的同时，显著延缓了Li6PS5Cl暴露于湿润空气(33% RH)中结构退化的速度，使其能够保持>1 mS/cm的高离子电导率2天以上。实验和计算结果表明，硫醇基团锚定在表面，而疏水性烃尾通过排斥水提供保护。此外，使用暴露空气1天后的改性Li6PS5Cl制造了LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2‖Li0.5In全固态电池，其电池仍能表现出与原始Li6PS5Cl全电池相似的152 mAh/g±6 mAh/g的容量，且在50次循环后仍有82%±1.6%的容量保持率。
Poudel等合成出一系列缺锂的溴化钇锂(LYB)固体电解质Li3-xYBr6-x(0≤x≤0.50)。该系列电解质表现出良好的力学性能，具有高可模塑性和可切片性。键价位能(BVSE)和从头算分子动力学(AIMD)模拟预测，在引入锂缺陷后，Li+扩散速率提高。这一提高与扩大的瓶颈尺寸、降低的活化势垒、增加的Li+动力学以及消除不良导电杂质相有关。因此，其Li2.65YBr5.65的室温离子电导率可达4.49 mS/cm，活化能为0.28 eV，在全固态电池中能够表现出良好的倍率性能和循环稳定性。Shen等通过F-/O2-掺杂合成出高压稳定的锆基卤化物Li2.5ZrCl5F0.5O0.5(LZCFO)固态电解质。得益于F-引入的热力学/动力学高压稳定性和O2-引入的无序局域结构，LZCFO在30 ℃下表现出4.87 V(相对于Li/Li+)的高电化学窗口和1.17 mS/cm的高离子电导率。使用LZCFO电解质和NCM955正极材料构建的全固态锂电池，在0.1C下表现出207.1 mAh/g的高放电容量，在0.5C下循环500次后容量保持率为81.2%。界面表征进一步证明了富F正极-电解质界面相(CEI)的形成，这抑制了正极和电解质之间的副反应，并提高了循环稳定性。
Zhang等通过液态电解质(LE)诱导的二次结晶来降低Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)中晶界电阻，利用多核和多维固态核磁共振技术，研究了LATP和LE的相互作用和结构演化机制。LiPF6水解释放出的活性F-促进了纳米级LATP表面缺陷处的羟基缩合，从而在LATP骨架上形成新的Al(Ti)－O－P键。相比之下，LiTFSI电解质中的F-表现出相对惰性的行为，不利于LATP粉末的修复功能。通过将纳米级LATP粉末浸入LiPF6/碳酸盐LE中，可以诱导LATP在数分钟内快速聚集和重结晶成块状微米级颗粒，同时改变LATP本体相中的锂分布，降低晶界电阻并增强本征锂离子扩散速率。
3.2 其他电解液/添加剂
Nam等以优化的高氯酸锂电解质和芳香族聚酰胺黏合剂取代了传统的氟化六氟磷酸锂电解质和聚偏氟乙烯黏合剂，高氯酸锂电解质具有高达5 V的氧化稳定性，新合成的芳香族聚酰胺黏合剂，其极性基团(－CONH－，－O＝S＝O－和－COOH)具有显著的结合强度。无氟石墨/NCM811锂离子电池表现出优异的快速放电能力和在2.8～4.3 V、1C下的循环稳定性。Wang等在LiPF6碳酸盐基电解质中加入LiFSI改变了Li+溶剂化结构，使双盐电解质具有更高的Li+扩散系数和更低的溶解能。得益于较小的结构变化和坚固的导电固体电解质界面的形成，基于LiNi0.52Co0.2Mn0.28O2正极和石墨负极的12 Ah软包电池在-20～50 ℃的宽温度范围内具有快速充电能力和稳定的循环性能。在25 ℃和50 ℃条件下，4 min内充电89%和93%，在-20 ℃条件下，15 min内充电82%，在0 ℃和8C条件下，2000次充电后容量保持94%，在-20 ℃和4C条件下，350次充电后容量保持89%。Forero-Saboya等以氢化铝酸锂作为电解液添加剂在富镍正极材料锂离子电池中的应用。作为温和的还原剂，这些添加剂可作为HF清除剂，避免过渡金属溶解。此外，添加剂氧化后在正极上形成富铝保护层，抑制了表面反应性，并防止了表面重构和阻抗的形成。Xia等以四烯酰胺作为电解质溶剂，研究对NCM811性能的影响。四烯酰胺是一种毒性较小、不挥发、不易燃的醚溶剂。结果表明，在标准盐浓度(1mol/L)下，该醚电解质可以可逆循环至4.5 V (vs Li/Li+)。与商用碳酸盐电解质相比，LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(NMC811)正极在充电至4.5 V时具有竞争性的可循环性，并具有富硼阴极-电解质界面(CEI)和减轻集电极腐蚀的能力。同步加速器光谱和成像分析表明，四烯酸电解质可以充分抑制与高压电解质分解相关的过充电行为。NMC811‖硬碳全电池在1/3C下具有优异的循环稳定性，平均库仑效率高达99.77%。Cui等将氟化酯三氟乙酸甲酯(MTFA)作为特殊的助溶剂加入到实际可行的LiPF6-碳酸二甲酯-氟碳酸乙烯体系中，研究对NCM811性能的影响。MTFA具有溶剂主导的溶剂化结构，有助于在正负极上形成薄而坚固的界面相。1 Ah的NCM811‖石墨柔软包电池在0～100%充电状态下，在3C和4C(15 min)充电率下，在3000次循环中显示出约80%的容量保持率。此外，即使在-20 ℃的低工作温度下，在2C放电速率下保持0.65 Ah的高容量，并且在C/5的循环下几乎没有显示容量衰减。Kim等以2,5-二甲基磺酸异山梨酯(ISDMS)作为电解质添加剂，研究对电池性能的影响。该添加剂具有极性富氧基序，可以与Li+竞争配位，并允许PF6-阴离子进入核心溶剂化结构。ISDMS和PF6-在核心溶剂化结构中的存在以及Li+的存在使得阴离子在第1次充电时向负极移动，导致ISDMS和LiPF6对SEI的形成有重要贡献。ISDMS导致离子导电和电化学稳定的SEI的产生，可以提高快速充电性能并延长NCM811/石墨电池的寿命。此外，通过ISDMS的牺牲氧化，构建了在高温高压条件下具有高稳定性的富硫阴极-电解质界面，从而提高了电解液和NCM811正极在充电电压截止值为4.4 V的稳定性。Li等开发了一种双功能电解质(EAFP)，以1,3-丙磺酸作为添加剂来定制电极/电解质界面。得到的正极-电解质界面具有较高的机械稳定性和柔韧性，内层为无机层，外层为有机层，可以减轻应力积累，保持NCM811阴极的结构完整性。同时，富无机固体电解质间相抑制电解质副反应，有利于Li+的快速运输。结果表明，Li‖Li对称电池在低过电位条件下表现出稳定的性能，特别是在30 ℃下可达到1000 h的长寿命。此外，基于EAFP的Li‖NCM811电池可以在-40～60 ℃的广泛气候范围内工作。这项工作为全温区LMB中的电解质设计建立了新的指导方针。
Khotimah等研制了一种新型的具有两个不同空间基团的锂盐——1-氟苯并咪唑锂(Li-1FB)，研究对LNMO性能的影响。非原位XRD结果表明，Li-1FB延缓了两种LNMO晶相在不同电荷状态下中间相变的形成。1H NMR分析表明Li-1FB盐可以阻止咪唑环N-Li官能团形成HF，从而抑制循环后Mn在两种LNMO晶相上的溶解。此外，Li-1fb盐适用于提高半电池和全电池的循环性能。Cheng等采用氟碳酸乙烯(FEC)和二氟磺酰亚胺锂(LiFSI)作为电解质功能添加剂，用于提高了软包电池中硅碳(Si-C)复合负极的性能。系统研究了SieC复合负极表面形成的固体电解质界面相(SEI)的性质。利用超声波透射扫描技术，分析了化成后不同电解质的渗滤及产气情况。并用DFT计算来说明其机理。Hou等采用1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚作为阻燃稀释弱溶剂化电解质，为超高镍LiNi0.91Co0.07Mn0.02O2‖石墨(NCM91‖Gr)电池制备了一种温度惰性的富无机SEI。温度相关的X射线光电子能谱显示，SEI的无机组分LiF、Li2SO3、Li2SO4和Li3N在热侵蚀下表现出优异的耐热性。来自温度相关X射线衍射的进一步证据表明，这种热稳定界面有效减缓了从原始LiC6状态到LiC12状态的负极相变，显著提高了电池的本质安全性，并减少了32%的气体排放。1.2 Ah的NCM91‖石墨软包电池表现出高达183.1 ℃的热失效开始温度，并在180 ℃下保持60 min的稳定性。此外，360 Wh/kg-12.3 Ah‖LiNi0.92Co0.06Mn0.02O2‖石墨‖Graphite@20%二氧化硅电池即使在200 ℃下也没有热失控。1.2 Ah的NCM91‖石墨软包电池在1200次循环后的容量保持率为90.5%。Wang等以低温(LT)溶剂-硅氧烷，研究在低温和高电压在锂离子电池中的应用需求。Si－O键的d-p共轭增强了耐电压性，减弱了Li+与溶剂的相互作用。通过调节Si－O共轭键的数量，可以控制溶剂化结构中阴离子簇的类型，最终形成富LiF和富Si－O的界面层，促进Li+的快速传导。使用硅氧烷基电解质的NCM811‖石墨软包电池(2.3 Ah, 4.45 V)在-50 ℃下保持75.1%的室温容量(RTC)。快速的界面动力学允许在-40 ℃下保持67.6%的可逆充电容量，在-20 ℃下具有良好的循环稳定性。Hou等以2,2-二氟乙基甲基砜(FS)作为电解质添加剂，它可以使高电压锂金属电池在传统的碳酸盐电解质中稳定循环。在正极侧，与传统的电解质添加剂不同，FS可以选择性地吸附在LNMO表面，形成一个特殊的组装FS“缓冲”层，可以将游离的碳酸盐分子从正极表面有效排除。因此，在充电时，FS的－CF2H基团较好地被正极分解，形成富无机的CEI，有效抑制LNMO的微断裂和过渡金属溶解。在负极侧，FS也可以产生富无机的SEI，用于Li金属负极的稳定循环。40 μm-Li‖LNMO(负载量7 mg/cm2)全电池在1C下使用商用碳酸基低浓度电解质进行600次循环时具有84%的高容量保持率。由高负载正极(20 mg/cm2)和超薄锂负极(40 μm)组成的全电池在0.25C下循环100次后容量保持率达到99%。
Li等使用氟乙酸乙酯(EFA)和氟乙烯碳酸酯(FEC)作为电解质溶剂，研究对电池性能影响。这些溶剂与Li+的结合能较低，但相对介电常数足够高。通过减弱Li+与溶剂的相互作用，降低Li+脱溶过程的能垒，同时保证Li+的导电性和扩散。结果表明，采用优化的电解液制备的硅碳负极具有良好的循环性能和倍率性能，可以在1709.1 mAh/g的高容量下可逆工作，循环超过250次，在0.2C时保持85.2%的容量。此外，LiFePO4‖Si-C全电池显示超过500次循环寿命。
4 电池技术
4.1 固态电池
Dai等提出了一种化学竞争扩散策略，通过在Ni-rich正极材料中引入钽(Ta)和铌(Nb)两种异质原子，显著提升了全固态电池(ASSB)的循环稳定性和界面兼容性，结合理论计算和多尺度原位/非原位表征技术，揭示了在层状材料拓扑锂化过程中原子级别的化学竞争扩散现象。Ta原子因与氧的结合能更高，作为“氧锚”稳定了氧的过度氧化，缓解了固体电解质的化学侵蚀；而Nb原子富集于表面，与残留锂形成具有压电特性的锂铌酸盐(LiNbO3)层，有效调节了界面锂离子扩散，改善了空间电荷层问题。Gao等研究了硫化物基全固态电池(ASSLB)中镍富集正极的锂离子迁移动力学，揭示了在H2-H3相变期间的容量损失及其原因。研究表明，镍富集层状氧化物在高能量密度ASSLB中具有优异的可逆容量，但其锂离子迁移动力学较差，导致容量释放受限。为了解决这一问题，研究者引入了硅掺杂以稳定材料的体相结构，并使用Li4SiO4快速离子导体涂层来调节镍富集正极与硫化物固态电解质Li6PS5Cl之间的界面行为。Jangid等研究了一种新型的非晶态Nb2O5涂层在硫化物基全固态电池(SSB)中的应用，该涂层通过ALD技术制备，厚度约为5 nm。研究发现，这种涂层能够显著提高单晶LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2(SC-NMC)正极材料在高电压(>4.5 V)循环中的电化学性能。通过透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等技术分析循环后的电极，发现Nb2O5涂层能够保持完整，有效阻止了单晶正极材料内部的裂纹形成，并抑制了岩盐相和尖晶石相的生成，维持了正极材料的结构完整性。Hong等采用湿法处理聚(乙烯-co-丙烯酸甲酯-co-甲基丙烯酸缩水甘油酯)(EMG)黏合剂和全浓度梯度(FCG)LiNi0.78Co0.10Mn0.12O2(NCM)正极活性材料制备了具有高活性质量载量(21.4 mg/cm2)的复合正极。EMG黏结剂具有与正极成分紧密结合的特性，提高了复合正极的导电性。FCG NCM可减轻正极活性材料在循环过程中因体积变化而造成的形貌破坏。因此，采用EMG黏结剂和FCG NCM的复合正极固态锂电池的放电容量高达196.6 mAh/g，相当于4.21 mAh/cm2，并且在0.2C倍率和30 ℃下循环300次后，容量保持率高达85.1%。Shin等基于溶剂过程制备了GLC@LPSCl，通过形成电子渗透路径提高了复合正极的电子导电性，增强了容量，同时消除了碳聚集并最小化了CAM之间的电连接中断。此外，完善的电子路径通过抑制电池中的不均匀反应来增强循环特性。GLC层还防止了CAM与SE界面的直接接触，并减少了界面副反应，有助于提高循环性能。由于涂覆效果，基于GLC@LPSCl的全电池在0.5C时的容量比VGCF-LPSCl高，并且在200次循环后循环特性从75%提高到90%。在高负载下，GLC@LPSCl电池在100次循环后显示出75%的容量保持率，并且电池容量是VGCF-LPSCl电池的2倍。Chen等研究了复合正极内LSPC电解质颗粒尺寸对ASSB电化学性能的影响。微米尺寸的电解质时表现出良好的离子电导率，但相对较大的尺寸和较低的比表面积导致CAM与电解质之间的固-固接触不良。相比之下，纳米尺寸的电解质在整个复合正极中提供更紧密的CAM-电解质界面接触。然而，过小尺寸的电解质存在更多的缺陷和晶界，导致离子传输能力降低。中纳米LPSCl电解质不仅在整个复合正极上形成快速的离子传输网络，而且具有高比界面面积，可以缓解电化学-机械耦合效应，从而有利于ASSB电化学性能的全面提高。具有约500 nm LPSCl的Li-In‖NCM811 ASSB具有2400次的超长循环寿命，在15C的高速率下几乎无容量衰减。Liu等针对全固态锂离子电池(SSLIB)中传统钴酸锂或磷酸铁锂正极材料成本高、安全性差等问题，提出了一种基于三氯化铁(FeCl3)的低成本正极材料。FeCl3正极材料成本仅为钴酸锂的1%或磷酸铁锂的2%，容量在140 mAh/g左右，对锂电压约3.6 V。在与固态卤化物电解质和锂铟合金负极匹配时，该材料展现出良好的循环稳定性和高电压平台。FeCl3在充放电过程中经历了从O1型层状结构到O3型层状结构的转变，并最终形成一种类似尖晶石的结构，这种结构在长期循环中表现出高度的稳定性。其机理是：①FeCl3与卤化物固态电解质的兼容性良好，避免了传统液态电解质的溶解问题；②FeCl3在充放电过程中形成的尖晶石类似结构具有稳定的离子通道，促进了锂离子的可逆嵌入和脱出。Zhou等针对全固态锂离子电池(ASSLB)中传统氧化物正极材料容量低、离子电导率差等问题，开发了一种基于插层-转化反应机制的多电子转移卤化物正极材料LiFeX2(X=Cl, Br)。LiFeX2正极材料具有高离子电导率(超过10-5 S/cm)和高容量(446 mAh/g)，能够实现3 mol电子转移的可逆反应。通过XRD验证了LiFeX2在充放电过程中经历了从插层到转化的多步反应，实现了高容量输出。通过透射电镜(TEM)和电子能量损失谱(EELS)发现在LiFeX2转化过程中形成的非晶态铁具有高活性，能够催化LiCl的转化反应，提高反应的可逆性。并通过DFT计算研究LiCl在非晶态Fe上的吸附能和Li－CI键的断裂机制，确认非晶态Fe的高活性有助于LiCl的转化反应。虽然该材料展现出良好的比容量特性，但其约60%容量仍来自于低电压平台(约1.5 V Li+vs Li)。Lee等针对目前固态电池正极低活性物质载量和低电池容量问题开展研究。在基于聚合物固态电解质开发了相应高主活性物质载量电极，活性物质含量达到94%且面容量>4 mAh/cm2。通过优化电极和电解质组分含量与领域体积效应微观结构和架构参数，组装并测试了10层和4层固态锂电池，在45 ℃下施加3.74 MPa的堆叠压力，分别实现了280 Wh/kg(1 Ah)和310 Wh/kg(0.5 Ah)的初始比能量。Wu等通过机械球磨法将LiPO2F2引入LPSC中，制备了LPSC@LiPO2F2复合材料。在运行过程中，LiPO2F2添加剂分解生成有益且坚固的正极-电解质界面(CEI)，增强了LPSC和NCM之间的界面稳定性。通过X射线光电子能谱(XPS)、时间飞行二次离子质谱(TOF-SIMS)和密度泛函理论(DFT)计算，证实了LiPO2F2衍生的正极-电解质界面(CEI)主要由LiF、LI3PO4和LixPOyFz组成，这些成分具有良好的电子绝缘性和电化学稳定性，能够有效抑制界面副反应，促进锂离子传输。加入LiPO2F2后，NCM811/LPSC/Li在0.5C的电流密度下循环600次后，容量保持率高达85.5%，远优于未改性的ASSLB。Li等探究了2,3,4,5,6-五氟苯乙酸(PFPAA)作为一种新型电解质添加剂对高压全固态锂金属电池界面稳定性的影响。富氟PFPAA可充当一种自牺牲的CEI成膜添加剂，它能够逐步释放氟，促进形成含有均匀分散LiF的薄CEI，从而有效稳定正极/电解质界面，并显著提高ASSLB的循环稳定性。因此，一款基于高压LiNi0.88Co0.09Al0.03O2、采用由最佳成分组成的超薄一体化双层电解质(约30 μm)的全固态锂金属电池，在1.0C倍率下循环500次后，展现出155.5 mAh/g的高放电比容量以及68.6%的高容量保持率。Kong等研究了聚环氧乙烷(PEO)基全固态锂离子电池(ASSLB)在高电压(≥4.2 V)下的界面反应机制，特别是正极-电解质界面(CEI)的离子-电子传导转变。通过Wagner模型分析界面电阻，研究发现当开路电压达到4.2 V及以上时，CEI层的反应参数k会发生变化，表明从离子传导向电子传导转变，导致电池性能恶化。为解决这一问题引入了LiPO2F2作为高浓度电解质中的添加剂，成功构建了以Li3PO4和LiₓPOFᵧ为主的离子导电CEI层，抑制了电子传导的出现。Yang等针对全固态锂硫电池(SSLSB)中聚环氧乙烷(PEO)基固态电解质的离子导电断裂点问题，提出了一种利用五硫化二磷(P2S5)作为焊接填料的原位焊接策略。研究发现，P2S5可以与锂多硫化物(LiPS)反应形成离子导电的锂多硫化物磷酸盐(LSPS)，从而抑制PEO与LiPS的相互作用，并在离子导电网络中实现原位焊接断裂点。此外，LSPS还可以作为催化剂，通过降低硫还原反应的活化能，减少穿梭效应，提高电池的循环稳定性和能量密度。采用P2S5的SSLSB展现出卓越的循环稳定性和高达358 Wh/kg的能量密度。作用机理是：①P2S5与LiPS反应形成离子导电的LSPS，修复PEO的导电网络；②LSPS作为催化剂降低硫还原反应的活化能，促进硫的转化；③原位焊接策略增强了离子导电网络的稳定性，提高了电池性能。Cao等提出了一种基于PEO电解质的增强固态电池正极复合材料的导电对齐结构(FAST结构)。通过挤出法令与PEO混合的碳纤维自排列，并打印Z字结构的电极，复合固态电极具有垂直对齐特点。FAST电极因为降低电极中结构迂曲度，在0.2C下循环100次后容量为148.2 mAh/g(LFP正极材料)，且在40 ℃下实现了49.3 mg/cm2的高材料负载量。Kaeli等研究了硫化物基全固态电池(SSB)中首次循环容量损失的机制，重点分析了固态电解质(SE)氧化和正极材料(NMC)再锂化的可逆性。通过设计特殊的电化学测试和原位X射线衍射(XRD)，发现SE氧化在首次充电过程中贡献了约9.4%的容量损失，且仅有27%的SE氧化是可逆的。通过低电压截止(2.0 V)和长时间电压保持(66 h)，SSB的首次循环库仑效率达到了96.2%，远高于文献报道的平均值(72%)。研究表明，NMC再锂化动力学缓慢是导致容量损失的主要原因，而非永久性不可逆损失。此外，SE氧化不仅在首次循环中发生，还会在后续循环中持续，导致长期容量衰减。
Zhai等研究了一种亲锂性-疏锂性梯度固体电解质界面(G-SEI)在全固态聚合物锂金属电池中的应用。通过在聚环氧乙烷(PEO)基电解质中添加AgTFSI，原位形成了一种由LiAg-LiF/Li3N组成的梯度SEI。该G-SEI的底层为锂亲和性的Li-Ag合金，可降低锂成核过电位；上层为富含LiF和Li3N的锂疏性层，具有高机械模量和快速锂离子扩散能力。这种结构有效抑制了锂枝晶穿透SEI，显著提高了电池的循环稳定性。使用G-SEI的Li|PEO-Ag|LFP电池在500次循环后容量保持率为81.4%，远高于普通SEI的电池。Zhang等提出了一种通过亲电体还原策略构建的固体还原亲电体界面(SREI)，以提升全固态锂金属电池(ASSLMB)的性能。还原性亲电体(如酸酐和酸卤化物)能够从锂-亲核材料(如硫化锂)中获取电子和阳离子，形成电子阻隔且锂疏的SREI。这种界面层可有效防止电解质的还原分解，抑制锂枝晶生长，并支持高电压正极材料。实验表明，经过还原性亲电体处理的电解质在锂金属负极上展现出高临界容量和锂可逆性，使Li(1% Mg)/SSE/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2全固态锂金属电池实现了超过99.9%的库仑效率、约10000 h的长循环寿命以及超过7 mAh/cm2的高负载能力。此外，该策略还扩展到其他材料(如金属氧化物)的正极，显著提升了高镍正极的循环寿命，并将工作电压扩展至4.5 V。Oh等提出了一种新型的全固态电池(ASSB)负极结构，通过在硅-石墨(SiGr)复合材料下引入锂亲和性镁(Mg)薄膜，实现了在低堆叠压力(3 MPa)和室温条件下稳定运行的极低N/P比(小于1)电池设计。研究发现，Mg薄膜能够促进过充电时多余的锂在SiGr层下均匀沉积，形成稳定的Li-Mg合金，有效减少锂枝晶生长和界面孔隙的形成，显著提高了电池的循环稳定性和能量密度。MgSiGr负极在半电池和全电池测试中均展现出优越的循环寿命和库仑效率，且在低堆叠压力下仍能保持良好的接触和电化学性能。
Wang等通过在铜集流体上制备140 nm镁/30 nm钨(Mg/W-Cu)双层涂层，可以有效控制锂金属的均匀沉积/溶解，稳定锂-固态电解质界面(SEI-1)，并防止铜集流体与固态电解质反应生成铜硫化物(SEI-2)。实验表明，Mg/W-Cu涂层的AF-ASSB在半电池和全电池中均展现出优异的电化学性能，与NMC811正极组装的全电池在150个循环中库仑效率(CE)超过99.8%，在高负载正极(8.6 mAh/cm2)条件下45个循环后容量保持率为86.5%。通过电化学、微观结构和理论模拟分析，揭示了Mg层在促进锂均匀沉积和稳定SEI-1中的关键作用，以及W层在防止SEI-2形成中的重要性。Cai等开发了一种富含氟和硼的非侵入性固态电解质(PDSLB)，并通过两步预锂化方法制备了具有高锂化界面的铝金属箔。这种界面结构有效抑制了界面接触损失，促进了稳定的富氟硼界面层的形成，显著降低了库仑效率的波动。在高面容量(约2.5 mAh/cm2)条件下，低压力固态电池展现出超过140次循环的稳定性能，平均库仑效率达到99.86%。通过优化电解质和电极界面，可以显著提高合金箔负极在低压力全固态电池中的稳定性和安全性。Chen等针对全固态锂金属电池(ASSLMB)中锂枝晶穿透问题，开发了一种兼具锂反应活性与电子绝缘特性的多功能复合中间层。通过将介电相LATP(锂铝钛磷酸盐)引入硫银锗矿型电解质(LPSC)颗粒晶界界面，构建了LPSC-LATP多相复合中间层(8S-2O)。实验结果表明，复合中间层在室温下展现出高锂离子电导率(固态核磁共振与阻抗谱测试证实)、低电子传导性(直流极化实验)及热力学稳定性(态密度计算)。结合临界电流密度(CCD)测试、SEM/XPS显微分析，揭示了该层通过原位消耗机制抑制锂枝晶生长的特性。相场模拟进一步阐明其阳极界面演化与锂枝晶阻挡机理。基于此设计的对称电池(Li/LPSC/8S-2O/LPSC/Li)常温下临界电流密度达4.4 mA/cm2(恒时模式)与5 mA/cm2以上(恒容量模式)，并可在10 mA/cm2电流密度下稳定循环超过1600 h。全电池更实现1200次循环后85.6%的容量保持率，库仑效率超99.6%。
Wang等提出了一种通过使用混合离子-电子导体(MIEC)来克服锂硫(Li-S)全固态电池(ASSB)中硫转化反应限制的新策略。传统上，硫的转化反应仅限于硫、碳和固态电解质(SE)的三相边界，导致活性硫的利用率较低。利用一种基于Li-Ti-P-S的非晶态MIEC材料，将其应用于硫正极中，从而在硫-MIEC界面引发转化反应，突破了三相边界的限制。通过微观和断层扫描分析，发现MIEC与硫之间形成了混合导电域，促进了活性硫向Li2S的完全转化。该策略还被成功应用于其他转化型正极材料(如含硫聚合物、FeS2和FeF3)，提高了活性物质的利用率。Song等研究了一种新型的全固态锂硫(ASSLSB)电池，通过使用锂硫代硼磷酸碘化物(LBPSI)玻璃相固体电解质实现了快速的固-固硫氧化还原反应(SSSRR)。LBPSI电解质不仅作为超离子导体，还通过碘的可逆氧化还原(I-/I2/I3-)在固-固两相边界上促进反应，显著增加了活性位点密度。研究还通过XPS、TOF-SIMS和DEMS等技术揭示了LBPSI电解质表面碘的氧化还原行为及其在充电过程中对Li2S的化学氧化作用。Woolley等研究了一种用于锂硫(Li-S)全固态电池的混合电解质系统，旨在解决硫在充放电过程中体积变化大导致的离子传输曲折性和电化学机械失效问题。研究团队采用了一种由氯化锂硫代磷酸盐(Li6PS5Cl，简称LPSCl)和基于离子液体的锂液体电解质(ILE)组成的混合电解质。通过拉曼光谱和阻抗谱测量确认了LPSCl/ILE界面的稳定性。研究还通过传输线模型(TLM)分析了对称电池的阻抗响应，发现混合电解质电池的局部离子电导率从0.2 mS/cm提高到0.4 mS/cm，表明液体电解质的加入显著改善了离子传输效率。
4.2 锂硫电池
Luo等介绍了一种基于二维纳米通道的多功能隔层材料(PSN/MXene)，用于高性能锂硫(Li-S)电池。该材料由多孔硅酸盐纳米片(PSN)和Ti3C2Tx-MXene交替堆叠而成，具有选择性阳离子传输特性，能够快速传输锂离子并阻止多硫化物阴离子穿过隔膜。MXene的羟基化作用将PSN表面氧的p带中心移近费米能级，显著增强了对多硫化物的吸附和催化效果。He等提出了一种通过相重构辅助的“e--Li+储库”策略来提高锂硫电池(LSB)在宽温度范围内的性能。研究中，1T相锂化二硫化钼(1T-Li1.2MoS2)生长在中空碳氮化物(HC3N4)上，因1T-MoS2相接近于石墨烯的电导率实现了高效的电子和锂离子交换。实验结果表明，在0.1C倍率下，该电池初始比容量达到1668 mAh/g，且在高(60 ℃)和低(0 ℃)温度下，经过100次循环后容量保持率分别高达76.2%和90.4%。
4.3 其他电池技术
Zhang等针对锂氧电池(LOB)的实际容量远低于理论值的问题，重新定义了微观Li2O2行为与宏观电化学性能之间的关系，强调了锂离子在成核和传输动力学中的调节能力。研究发现，Li2O2颗粒在氧气梯度方向上的分布与成核和传输动力学的匹配性密切相关，这种匹配性决定了电池的最大容量输出。发现在低锂离子浓度电解液中，Li2O2倾向于形成薄膜结构，导致电极快速钝化和容量下降；在高锂离子浓度电解液中，Li2O2以颗粒形式存在，能够更好地利用电极孔隙空间，提高容量利用率。Song等开发了一种基于聚噻吩(PTh)的自响应层(SRL)系统，用于防止锂离子电池(LIB)热失控引发火灾。通过分子工程技术优化，实现在甲苯溶剂中大规模加工PTh，并利用碳添加剂加速其掺杂/去掺杂动力学行为，确保STL在接近100 ℃时快速去掺杂以切断电流。该设计在LiCoO2(LCO)工作电压范围内维持高导电性，最大程度减少对电池能量密度与功率密度的影响。基于卷对卷工艺，日产能达3.6 km双面涂覆铝集流体(可组装近6万颗3 Ah软包电池)，验证了规模化生产可行性。冲击测试结果显示，SRL使电池爆炸率降低53%。
Hong等以低温化成循环生产富锂阴极电解质界面(CEI)。以LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2为模型阴极，-5 ℃形成的CEI中LiF的原子比约为17.7%，比25 ℃形成的CEI(2.7%)提高了约550%。实验和理论模拟揭示了这一过程的基本机制，表明LiPF6在正电荷正极表面自发地、放热地分解为LiF，降低了温度变化的化学平衡，形成了富LiF的CEI。与传统的氟化添加剂相比，这种方法没有不必要的副反应，使电池具有高温(60 ℃)可循环性和低温倍率性能(在-20 ℃下3C时容量提高100%)。
5 电池表征、电池模型和测量技术
Fuchs等提出了一种利用电子背散射衍射(EBSD)结合聚焦离子束(FIB)技术，表征无负极固态电池中电沉积锂和钠金属微观结构的方法。研究发现，在Cu|Li6.5Ta0.5La3Zr1.5O12、不锈钢|Li6PS5Cl和Al|Na3.4Zr2Si2.4P0.6O12界面电沉积的锂和钠金属薄膜中，金属晶粒尺寸较大(>100 μm)，且晶界具有优先取向。通过原位EBSD分析，观察到电沉积过程中晶粒粗化以及电溶解过程中晶粒内孔隙的形成。研究结果表明，金属微观结构对电化学性能有显著影响，提出了通过控制电沉积参数和界面设计优化电池性能的可能性。Wasylowski等提出了一种基于高分辨率超声成像(75 μm/像素)的锂电池动态实时监测技术，实现了循环过程中锂枝晶生长的原位可视化。通过开发低成本硬件系统及自动调焦算法，在三元软包电池1C CC-CV循环中实时捕捉锂沉积行为，并利用参比电极电位监控与SEM-EDX(54 eV Li Kα X射线检测)双重验证了超声信号与金属锂沉积的高度关联性。该方法无需拆卸电池即可通过2D图像反馈识别制造缺陷(如电极界面异常)，并以声波聚焦优化构建枝晶抑制的快速充电策略。Vacík等将中子深度剖析(NDP)技术应用在多例固态电解质薄层锂离子电池研究中，通过中子束辐照靶向检测锂同位素6Li，凭借高灵敏度与强中子通量的探测，可实时动态监测电池充放电循环中锂离子迁移过程。采用多像素探测器与复合关联测量模式，能同步解析锂元素的三维空间分布及迁移路径的非均匀性，精准定位扩散异常区(如界面析锂或枝晶生长)。研究发现了硫化物固态电解质膜内Li+传输滞缓现象(迁移率偏差达35%)及聚合物复合电解质中锂沉积的不对称分布(面密度差异>15%)。Yun等揭示了固态锂电池(ASSLB)中铁电噪声现象(VNF)与锂枝晶微观穿透的关联机制，并提出普鲁士蓝类似物(PBA)过渡金属清除层的创新解决方案。通过激光诱导击穿光谱(LIBS)首次实现固态复合电解质(CSE)内部锂枝晶生长的原位动态观测，明确了VNF可作为枝晶穿透的无损检测指标。针对高镍正极(Ni≥80%)的过渡金属溶解问题，基于密度泛函理论(DFT)设计PBA修饰的CSE界面层，其金属螯合能力使电池在0.5C下展现189.8 mAh/g的放电容量，并实现1200次循环后0.056%的超低单周容量衰减率。该工作突破性地打通了从枝晶力学穿透(界面应变能>1.5 J/m2)到电化学失效(过渡金属溶解度降低87%)的多尺度调控路径，为高稳定性固态电池体系构建提供了帮助。Chen等通过截面原子力显微镜(AFM)实现了聚离子液体(PIL)基固态锂金属电池(LMB)界面力学演化的原位观测，发现低锂离子迁移数(tLi+＜0.3)引发PIL相迁移(迁移速率>5 μm/h)，导致电极/电解质界面接触压力波动幅度达120 MPa，诱发界面分解反应加剧(阴离子分解能垒降低0.8 eV)。原位电化学阻抗谱显示，循环百周后界面阻抗增长480%，对应高压NCM811全电池容量保持率仅剩62%。通过调控PIL单体比例(如丙烯腈占比提升至40%)，使tLi+提升至0.68，界面压力波动幅度下降至30 MPa，锂沉积形貌由枝晶态(分形维数1.78)转变为致密层状，150周循环容量衰减率减缓至0.08%/周。结合分子动力学模拟，证实高tLi+体系能降低PIL链段迁移活化能(从1.2 eV降至0.45 eV)，抑制界面副反应累积(LiF生成量减少73%)。Maity等针对聚合物-陶瓷复合电解质(PCE)体系的界面演化机制，系统探讨了陶瓷含量(LAGP与LLZO类型)对锂枝晶生长及电池寿命的影响规律。通过固态核磁共振(ssNMR)结合超极化氮化物增强扩散有序谱技术(OE-DNP)，实现高灵敏度表征枝晶表面固态电解质界面层(SEI)的组成与结构。结果表明，LAGP通过化学作用活跃消耗枝晶，而LLZO主要通过物理屏障阻止其扩展，40%陶瓷掺量被证实为抑制枝晶持续生长的最优比例。通过整合6Li和7Li同位素SEI信息与化学交换饱和转移(CEST)实验数据，揭示了SEI内锂同位素有效极化转移的作用机理。Yu通过化学-机械断裂模型阐明了多层固态电解质双材料界面的锂枝晶偏转行为。实验证实，在复合电解质内部嵌入有限电子导体(如rGO中间层)可高效抑制枝晶穿透，其临界电流密度达3.8 mA/cm2(较无rGO体系提升6倍以上)。基于断裂准则与有限元模拟分析，揭示三重作用机制：①电解质/中间层界面应变能释放率促进枝晶路径偏转；②中间层的高模量(18.5 GPa)与强抗贯穿断裂特性阻滞裂纹扩展；③受限电子传导促使中间层局部锂化石墨化，诱导枝晶尖端的电场重分布。Zhang等提出了一种利用充电过程中检测内阻减小的在线镀锂检测方法。通过参考电极和扫描电镜(SEM)证明，本文提出的镀锂检测方法在不同温度和充电条件下都能达到100%的精度。该方法采用了针对不同充电站的自适应调整策略，大大提高了其适用性。此外，该方法不需要额外的硬件，仅使用电流和电压信号即可实现检测，使其易于在电池管理系统(BMS)中实现。该研究成果为锂离子电池安全快速充电的广泛采用提供了一个关键的解决方案，具有出色的适应性、精度和简单性。Han等全面分析了单晶高镍层状正极材料的热失效过程，发现潜在的热失效起始温度(120 ℃)远低于热失控温度(225 ℃)。在此阶段，通过原子级分辨率电子显微镜发现热量积累导致结构发生连续转变，这一过程具体为：层状结构→阳离子混排的层状结构→LiMn2O4型尖晶石结构→无序尖晶石结构→岩盐相结构。这种转变是由于过渡金属阳离子的持续迁移和聚集所致。相变过程中产生的氧气最初被限制在孤立的封闭孔隙中，因此在宏观上并未表现出热失效现象。随着温度升高，孔隙逐渐长大并合并，最终形成开放孔隙，导致氧气释放和活性物质损失。Bai等利用EIS对NCM811/PEO界面问题进行了一系列机理分析。首次在高压正极/PEO型全固态电池体系的低频EIS中检测到异常的旋转弧。通过对动力学和等效电路的建模，确定了体系的法拉第阻抗不等于电荷转移电阻，而是等于总电荷转移电阻(PEO的分解反应)和相关副反应的电感。给出了PEO分解产物在电极表面覆盖的计算模型。另一方面，DRT分析通过隔离EIS中正极和负极侧界面处的阻抗贡献，弥补了等效电路先验假设的局限性，同时表明PEO产物的分解导致了整个电荷转移过程的动力学滞后。在机理分析的基础上，通过电化学方法在正极表面构建压降缓冲层，有效降低正极侧PEO表面的电位，稳定高压全固态电池的运行。通过扫描电子显微镜/透射电镜和电位分布模拟等表征技术验证了上述界面层的存在和电位控制理论。在2.5～4.1 V、4.2 V和4.3 V范围内充放电100次后，全电池的容量保持率分别为96.0%、84.6%和76.8%。Yanagihara等研究了硫电池复合正极材料中3种卤化物固体电解质(Li3InCl6、Li3YCl6和Li3YBr6)的电化学和化学稳定性。在SE-C复合材料中证明了这些卤化物SE的电化学稳定性，即使与碳的界面面积密度高，也表现出抗氧化性。Li3YCl6和Li3YBr6在Li-S电池工作电压范围内表现出较高的宏观离子电导率，但由于与Li3YCl6的化学不相容性，电池的循环性能，特别是与Li2S的循环性能较差。这种不相容归因于阴离子交换形成的Y－S键，通过X射线衍射证明在嵌锂样品上形成LiYS2和LiCl。Li3YBr6的使用减轻了副反应，可能是由于较低的分解能量和较慢的界面扩散动力学。这些发现表明，在界面上使用化学上不同的阴离子可能是解决锂-硫电池正极复合材料化学不相容问题的可行策略。Puls等研究了全固态电池(ASSB)单体循环数据的实验室间可比性。向21个不同的研究小组分发了商业化的NMC622、Li6PS5Cl和铟箔。各组被要求在定义的条件下组装和循环ASSB单体，但使用它们各自的单体设置和准备程序。不同小组准备的单体之间的循环行为、特定容量和电压存在巨大差异。经过预处理后的0.1C初始放电容量在23.7～143.1 mAh/g之间变化。因此，来自不同小组和单体设置的ASSB单体数据的可比性是有限的。研究显示了在施压时间和压力以及应用的循环压力方面极端的变化，这预计将导致不同的正极复合材料形态和微观结构。为了良好的可比性，ASSB单体必须在相同的压力下循环。与应用导向的较低循环压力(0～10 MPa)相比，使用较高的堆叠压力(> 40 MPa)可以实现更好的循环性能。
Chen等对当前的Si/C阳极进行更全面的诊断，采用非原位相衬同步加速器透射X射线断层显微镜(TXTM)对具有代表性循环次数的Si/C电极进行了采样研究。通过一系列的数据分割和识别，详细描述了三维Si/C电极的整体和局部结构特征，并将其与电化学特性以及先前的发现合理联系起来。这成功建立了一个更新的普通Si/C阳极的电极级失效过程，其中电极的降解主要是由不断扩大的LixSi/电解质xSi/电解质界面的不间断硅相粉碎引起的，表现为内部空隙空间的扩大和电极厚度的不断增长。考虑到这一点，应该开发出多种互补和协同的解决方案，以限制硅的固有破裂和电解质分解，确保在不久的将来锂离子电池具有长期循环的高性能硅基负极。Seo等通过力学结构表征，结合数字孪生模拟，证明了Si的体积膨胀对商用聚乙烯隔膜产生局部压应力，导致孔隙崩溃。这种结构破坏削弱了离子在隔膜上的传输，加剧了氧化还原不均匀性和硅粉化。压缩模拟表明，隔膜需要大于1 GPa的杨氏模量才能承受Si的体积膨胀。为了满足这一要求，设计了一种高模量隔膜，使高面积容量的软包硅全电池在4.5 mA/cm2的快速充电速率下，在400次循环后保持88%的容量。Huo等研究了固态电池中复合硅负极的循环失效机制，解耦了界面化学降解和机械开裂的影响。研究发现，富含氯的Li5.5PS4.5Cl1.5能有效抑制界面化学降解，而小粒径的Li6PS5Cl因与硅接触面积大，界面降解更为严重，但其均匀的微观结构能显著缓解硅体积膨胀/收缩引起的应力积累，减少锂化过程中的体相裂纹和脱锂过程中的界面分层。实验结果表明，机械开裂对界面电阻增加的贡献大于界面化学降解。小粒径Li6PS5Cl的硅复合电极展现出最佳的循环稳定性。Li等研究了固态电池中硅负极的尺寸效应及其在堆叠压力下的表现，硫化物基全固态电池(ASSB)中，硅颗粒的临界尺寸为微米级(约1 μm)。这种尺寸效应源于堆叠压力对硅颗粒在锂化过程中产生的环向应力的抑制作用。实验表明，小于1 μm的硅颗粒在ASSB中表现出良好的循环稳定性，而大于1 μm的硅颗粒则因体积变化导致颗粒破裂和粉化，进而引发锂枝晶生长和电池性能下降。通过相场模型模拟，研究进一步揭示了堆叠压力对硅颗粒尺寸效应的影响机制，为优化硅负极尺寸以提升ASSB的电化学性能提供了理论依据。
Leau等采用嵌入在负极材料中的硫系纤维进行红外光纤倏逝波光谱(IR-FEWS)，并结合交替最小二乘法(MCR-ALS)算法进行光谱分析的多元曲线分辨率，可以更好地了解电池形成过程中电解质或负极材料的显著差异。这种方法为寻找SEI开辟了一条新的道路，为经验公式提供了理论基础。Groher等使用气相色谱/质谱和X射线光电子能谱技术，结合循环实验和电化学阻抗谱(EIS)测量，对多功能电解质添加剂三甲基硅基亚磷酸酯(TMSP)进行了研究。TMSP清除氢氟酸(HF)的迹象可以在气相和电极表面发现；然而，观察到TMSP的使用导致HF的产生，并最终清除HF。对间相形成的研究表明，TMSP的分解产物被整合到两个电极的间相中。这是伴随着形成三甲基硅烷作为分解产物在气相。TMSP还促进了碳酸乙烯(EC)的双电子还原，这是由气相中乙烯量的增加和电极表面Li2CO3的增加推断的。电化学研究表明，在持续循环后，具有TMSP的电池具有较低的间期电阻。然而，只有电解质中TMSP质量分数为1%的电池表现优于不含TMSP的参考电池。结果表明，添加超过1%的TMSP会使添加剂的寄生反应增加，从而部分抵消了其有益作用。
6 理论计算、界面反应及其他
Mailoa等介绍了一种名为3T-VASP的新型快速ab-initio电化学反应器，通过多尺度梯度能量最小化方法，能够在较少的ab-initio步骤中高效生成多种电化学反应产物。传统的从头算方法(如基于密度泛函理论DFT)在研究电化学反应副产物时，通常需要大量的计算步骤，限制了其在大规模系统中的应用。而3T-VASP方法通过分层张量变换(3T)技术，能够在仅约50～100个DFT步骤内生成大量电化学反应产物，相比传统方法大幅减少了计算成本。研究结果表明，3T-VASP方法在探索复杂化学体系的低能量状态方面具有显著优势，为电化学反应产物的快速预测和分析提供了一种新的高效工具。Zhu等提出了一种面向化学混合物的可微分几何深度学习(GDL)模型DiffMix，并将其应用于指导机器实验和快速充电电池电解液的优化。其核心创新在于通过几何深度学习构建可学习的物理系数，从而扩展混合物的热力学与输运定律。通过对比混合物热力学特性与离子输运性质的预测表现，DiffMix相较于纯数据驱动模型展现出更高的预测精度和鲁棒性。进一步地，基于DiffMix梯度构建的可微分优化框架，结合自主实验平台Clio，在10步实验迭代内将电解质离子电导率提升超18.8%。通过整合几何深度学习、混合物物理定律与机器实验技术，DiffMix为化学混合物的预测建模开辟了新范式，并实现了大尺度化学空间的高效寻优。Lee等通过计算研究2-乙基甲基胺-1,3,2-二氧磷烷(EMPA)在高电压性能提升的成膜和机理机制。第一性原理计算表明，EMPA在电解质中的氧化先于溶剂，同时也清除HF和H2O。具体来说，不对称EMPA三聚体的二聚化计算表明，两种相同的[(EMPA)3OH]形成[(EMPA)3OH]2二聚体，这意味着这两种相同的EMPA聚合物在氧化后结合非常强烈，并且非常接近。这是由于在EMPA中与更广泛分布的极性表面有良好的静电相互作用，以及在CPA中胺部分的烷基中有少量的碳。CPA中胺部分烷基的不对称性与实验结果中观察到的良好的CEI形成密切相关。
Chen等以Li6PS5Cl作为模型固态电解质，使用有效跳跃速率排除非扩散性的来回跳跃，修正了基于锂离子在位点间跳跃速率构建的锂离子扩散模型。对固态电解质的计算研究发现，从跳跃速率分析与均方位移(MSD)计算中得出的最佳阴离子无序水平不一致。通过机器学习势垒结合分子动力学模拟，发现Li6PS5Cl离子电导率随S/Cl阴离子无序度从0%到50%增加，然后从50%到100%下降。这是由于在低S/Cl阴离子无序水平下，笼间有效跳变率低，扩散网络断开，导致离子电导率低。当高S/Cl阴离子无序程度超过50%时，双重通路受到抑制，扩散网络再次断开，离子电导率降低。而当S/Cl阴离子无序程度增加到37.5%～50%时，主要途径表现出较高的有效跳跃率，提供连续的扩散途径和较高的离子电导率。这与从MSD计算的最大离子电导率范围一致，证明了主导锂离子路径中的有效跃迁率才是材料获得高离子电导率的关键。
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第一作者：张新新（1999—），女，博士研究生，研究方向为锂离子电池，E-mail：zhangxinxin223@mails.ucas.ac.cn；
通讯作者：黄学杰，研究员，研究方向为锂二次电池及关键材料，E-mail：xjhuang@iphy.ac.cn。
基金信息：支持单位：中国科学院物理研究所、过程工程研究所、大连化学物理研究所储能技术部、工程热物理研究所、上海硅酸盐研究所，中国电力科学院，清华大学化学工程系、工程物理系，比亚迪汽车工业有限公司、东洋纺、泰思泰克、宇电科技、昊诚锂电、科华数能、领声科技、中储国能、中科海钠、新威尔、卫蓝新能源、亿纬锂能、宁德时代新能源、新宙邦、赣锋锂业、天齐锂业、湖南立方新能源等。
中图分类号：TM 911
文章编号：2095-4239（2025）03-1310-21
文献标识码：A
收稿日期：2025-02-22
出版日期：2025-03-28
网刊发布日期：2025-05-07
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