鋰離子電池在充/放電過程中電極經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的荷電狀態(tài)（SOC），這些不均勻性可導(dǎo)致電池容量的損失，局部的過充或過放以及安全問題（如高SOC下過渡金屬氧化物的氧損失）。因此，理解非均勻性的形成機(jī)制對電化學(xué)電池穩(wěn)定安全的運(yùn)行是極其重要的。然而，對常用于基礎(chǔ)電池研究的脫鋰樣品，其表面化學(xué)和體相鋰分布分析結(jié)果可能不能準(zhǔn)確反映電池中荷電材料的真實信息。在此工作中，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的Marca Doeffa教授和SLAC國家加速器實驗室的Yijin Liu合作，使用納米全場（FF）透射X射線顯微技術(shù)（TXM）和時均軟X射線吸收光譜（軟XAS）研究了LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2正極材料的電化學(xué)充/放電以及化學(xué)氧化樣品中荷電狀態(tài)的不均一性及表面化學(xué)性質(zhì)的差異。本研究不僅表明電解質(zhì)溶液是層狀氧化物正極材料表面重建為巖鹽相結(jié)構(gòu)反應(yīng)的積極參與者，而且通過二次顆粒的尺度為理解和改善電荷的均勻性奠定了化學(xué)基礎(chǔ)。

 2、高安全陶瓷鋰電池（美國馬里蘭大學(xué)）

全固態(tài)鋰電池有望大幅度提升電池的安全性和能量密度，但其性能嚴(yán)重受限于電極與電解質(zhì)之間較大的界面阻抗，這一問題在石榴石型氧化物基的全固態(tài)電池中更為嚴(yán)重。因此，在以往的研究中往往通過在正極內(nèi)引入少量的液體或聚合物電解質(zhì)來改善界面，但是，引入易燃的有機(jī)電解質(zhì)勢必會影響電池的安全性能。如何在氧化物全固態(tài)電池中實現(xiàn)構(gòu)建全陶瓷的正極對于提升電池的安全性具有重要的意義。美國馬里蘭大學(xué)的王春生教授等人通過界面工程的手段改善電極與固態(tài)電解質(zhì)之間的界面，從而實現(xiàn)高安全性全陶瓷鋰金屬電池。該工作利用層狀過渡金屬氧化物（LiCoO2）電極以及石榴石型氧化物(Li7La3Zr2O12) 電解質(zhì)（二者界面容易自發(fā)生成的Li2CO3）, 在二者之間引入與Li2CO3同結(jié)構(gòu)、低熔點的 Li2.3C0.7B0.3O3（LCBO）作為燒結(jié)助劑。在共燒過程中LCBO會與電極和電解質(zhì)表面的Li2CO3反應(yīng)生成高離子電導(dǎo)的界面相，因而可以在提升界面潤濕性的前提下有效抑制因電極和電解質(zhì)直接接觸而導(dǎo)致的化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)，從而可實現(xiàn)制備全陶瓷的復(fù)合正極和電解質(zhì)。這一全陶瓷正極和電解質(zhì)可以在以鋰金屬為負(fù)極的固態(tài)電池中實現(xiàn)快速、可逆的循環(huán)，室溫循環(huán)次數(shù)大于100次。

4、設(shè)計具有實際所需參數(shù)的鋰硫電池（美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校）

與當(dāng)前鋰電技術(shù)相比，鋰硫電池在追求高能量密度電池方面，著重于開發(fā)具有高硫負(fù)載和電解質(zhì)/硫（E/S）比較低的鋰硫技術(shù)。然而，目前符合這些實際所需參數(shù)范圍內(nèi)的研究非常有限。為此，美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Arumugam Manthiram教授課題組制備了一種應(yīng)用于鋰-硫電池的同軸石墨烯涂層棉-碳（CGCC）正極材料，其顯示出優(yōu)異的性能，如高硫負(fù)荷（57.6mg cm-2），高硫含量（75wt%），低E/S比（4.2μL mg-1）等。該電池同時也具有高面積容量（31 mA hr cm-2）和面積能量密度（66 mW hr cm-2），200次循環(huán)后仍具有68％的高容量保持率5、陰陽離子協(xié)同嵌入提高容量（南京大學(xué)）

傳統(tǒng)的搖椅電池，如堿金屬離子電池，通過單一類型的陽離子（Li+，Na+，K+）在充電和放電過程中嵌入電極，因此容量受到這些陽離子嵌入能力的嚴(yán)格限制。盡管在研究用于高能搖椅電池的層狀金屬氧化物方面已經(jīng)做出了很大努力，但是常規(guī)材料的容量也已經(jīng)達(dá)到理論值的極限。近日，南京大學(xué)周豪慎和郭少華教授提出了在典型層狀正極中陽離子和陰離子的協(xié)同嵌入，證明了超出常規(guī)正極的理論容量的概念。結(jié)果表明，首先陰離子可以可逆地嵌入/脫出到層狀結(jié)構(gòu)中，然后進(jìn)行Na離子脫出/嵌入，這兩者都明確地改善了電池容量性能，并為設(shè)計鈉儲存高能正極材料開辟了新的途徑。此外，結(jié)果表明陰離子參與的電化學(xué)過程是一個快速動力學(xué)過程，這種機(jī)制的可行性可以擴(kuò)展到各種陰離子。一顆鋰離子電池的一生（美國普林斯頓大學(xué)）

專為電動汽車設(shè)計的電池必須能夠提供持續(xù)，可靠的性能，并且壽命要達(dá)到10 - 15年。但商用鋰離子電池的密封設(shè)計使得探測和理解電池在循環(huán)過程中如何變化顯得很困難，車輛制造商難以提供準(zhǔn)確的診斷。在這項工作中，美國普林斯頓大學(xué)Daniel A.Steingart教授使用電化學(xué)阻抗譜（EIS）和超聲波飛行時間兩種互補(bǔ)技術(shù)來研究鋰離子電池的演變，這使得在循環(huán)過程中同時觀察電化學(xué)和材料性質(zhì)變化成為可能。這項工作表明，即使在初始循環(huán)之后，電池中仍然處于性質(zhì)快速變化的階段。這段時間表現(xiàn)為石墨陽極的膨脹增加，這可能是由副反應(yīng)引起的。這會增加電池內(nèi)的壓力，增加的壓力迫使電解質(zhì)繼續(xù)浸潤鋰鈷氧化物正極的無活性部分，從而降低電池阻抗7、高面積能量密度3D鋰離子微電池（加州大學(xué)洛杉磯分校）

三維（3D）微電池是一種新穎的設(shè)計方法，用于提高面能量密度，同時保持良好的功率和循環(huán)性能。這種架構(gòu)特別有希望用于小型化設(shè)備諸如可穿戴設(shè)備，嵌入式傳感器和構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等的小型設(shè)備的移動電源。但將這些電極組裝成全3D電池是一項困難的工作。近日，加州大學(xué)洛杉磯分校Bruce Dunn教授介紹了一種可擴(kuò)展的，基于半導(dǎo)體的處理方法，適用于制造全3D電池。使用部分鋰化（理論容量的10％）硅作為負(fù)電極保持適當(dāng)?shù)乜刂企w積變化，以便在充電和放電期間保持Si陣列配準(zhǔn)。該結(jié)構(gòu)所需的共形電解質(zhì)是通過在3D硅陣列周圍光刻圖案化光刻膠來實現(xiàn)的。在3mm×3mm的印跡上制備的可充電3D微電池具有接近2mAh cm-2的面積容量，在高達(dá)0.66 mA cm-2的電流密度下工作，并可承受100次循環(huán)?；诎雽?dǎo)體的處理和可光致圖案化電解質(zhì)的組合為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的3D微電池的進(jìn)一步發(fā)展帶來了巨大希望。