吴凡ACSNano：高离子电导率&低能垒界面实现低温全固态电池

锂电联盟会长 2024-03-04 11:56

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【研究背景】

对清洁可持续能源的迫切需求，以及电动汽车的蓬勃发展，使得能源存储设备，特别是锂离子电池（LIBs）更加普及。然而，理论能量密度上限和安全性瓶颈问题严重制约了LIBs的发展和应用。与使用有机液态电解质的商业化LIBs相比，采用固态电解质（SEs）的全固态电池（ASSBs）被学术界和工业界高度赞誉为下一代能源存储技术，因为它们具有潜在的高能量密度和安全性。随着对SE/电极界面理解和设计的进展，ASSBs在中等（20~30℃）和升高（40~70℃）温度范围内展现出良好的电化学性能。然而，电动汽车和其它电池应用场景不可避免地遇到超出精确控制温度范围的寒冷环境，因此研究ASSB在零下温度条件的行为变得至关重要。此外，由于电化学阻抗谱（EIS）收集到的信号可能随着温度降低而变得可分辨，研究ASSB的动力学过程，特别是低温下复杂的界面过程，变得更加可行。

近年来，界面方面的努力致力于改善ASSB的低温性能。界面相层面，于等人和Morino等人证明了LiNbO₃包覆层可以稳定LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂ (NCM, 1>x≥0.5, 0.2≥y>0)正极/硫化物SE界面，并抑制某些阻抗在零下温度的增加，远优于无包覆层的对照组。此外，电子导电性对界面稳定性和动力学有着重要影响。于等人发现，无碳添加剂的NCM复合正极即使在-20℃也显示出比含碳添加剂更高的放电容量和容量保持率。相反地，邓等人发现，碳纳米管（CNTs）提供的增强的电子导电性有利于改善-10℃下的电荷转移动力学。由于SE没有流动性，保持SE与电极之间良好的界面接触变得至关重要。于等人发现，减小复合正极中Li_5.5PS_4.5Cl_1.5 SE的粒径可以增大“固-固”接触面积，从而在-20℃获得更好的性能。杜等人通过机械球磨法在多晶NCM正极和卤化物SE（Li₃InCl₆）之间构建了超共形界面，在-20℃和0.1C条件循环100次后，实现了99.6％的容量保持率。不幸的是，这些研究并未揭示低温运行所需的正极/SE界面的动力学特征。

【工作介绍】

鉴于此，中国科学院物理研究所吴凡研究员团队通过比较低温性能、电阻-温度（R-T）关系以及LiNi_0.90Co_0.05Mn_0.05O₂ (Ni90)复合正极的界面能垒，揭示了低温运行所需的正极/固体电解质（SE）界面的关键动力学特征。具体地，不稳定的Ni90/硫化物SE界面带来了不利的正极-电解质界面相（CEI），导致CEI中的锂离子传输缓慢和大的界面电阻。相反地，通过Li₂ZrO₃包覆层稳定的Ni90/硫化物SE界面的界面活化能可以从60.19降至41.39 kJ mol^-1。此外，通过将硫化物SE替换为卤化物SE，可以构建具有高稳定性和低活化能（25.79 kJ mol^-1）的快速离子传导界面。通过降低界面活化能，离子在界面相和正极/界面相之间的传导以及电荷转移不再成为速率限制步骤，从而实现Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSB在-30℃下具有出色的容量输出（57.3 mAh g^-1）。此外，理论评估揭示了具有高离子电导率和低能垒的正极/SE界面有助于实现离子快速传输穿过界面相和正极与界面之间的界面。这些理解将启发并推动未来低温ASSBs的改进工作。该成果以“Superior Low-Temperature All-Solid-State Battery Enabled by High-Ionic-Conductivity and Low-Energy-Barrier Interface”为题发表在国际知名期刊ACS Nano (IF=18.0)，通讯作者为中国科学院物理研究所吴凡研究员，第一作者为中国科学院物理研究所博士毕业生、宁波东方理工大学博士后卢普顺。

【核心内容】

1. 电化学性能

图1 Ni90复合正极的长周期循环性能。a-c，(a) Ni90/LPSC/Li-In，(b) Ni90@LZO/LPSC/Li-In 和 (c) Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSB在0.1C（1C=200 mA g^-1）和30°C下的充放电曲线。插图显示了首次充电过程的放大区域。d-f，(d) Ni90/LPSC/Li-In，(e) Ni90@LZO/LPSC/Li-In 和 (f) Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSB在0.1C（1C=200 mA g^-1）和30°C下的长期循环稳定性。

为了揭示LiNi_0.90Co_0.05Mn_0.05O₂ (Ni90)复合正极的界面稳定性，在恒定温度30°C下进行了循环性能测试。分别采用了三种Ni90复合正极，包括裸露的Ni90+Li₆PS₅Cl (LPSC)硫化物固体电解质（SE）、Li₂ZrO₃ (LZO)包覆Ni90（Ni90@LZO）+LPSC硫化物SE，以及裸露的Ni90正极+ Li₃InCl₆（LIC）卤化物SE，用于组装Ni90/LPSC/Li-In、Ni90@LZO/LPSC/Li-In和Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSB。这三种ASSB的充放电电流设定为0.1C（1C=200 mA g^-1）。如图1a所示，Ni90/LPSC/Li-In ASSB表现出较差的放电容量为177.3 mAh g^-1和较低的首周库仑效率为75.4%。更严重的是，它在50次循环后发生了剧烈的容量衰减（图1d）。在Ni90正极表面构建了LZO纳米层后，Ni90@LZO/LPSC/Li-In ASSB在30°C下的放电容量和首周库仑效率分别提高到了190 mAh g^-1和84.3%（图1b）。有趣的是，它的比容量在初始循环中略有提升，然后逐渐下降（图1e）。经过50个循环后，它展现出94.6%的容量保持率。这种由LZO涂层带来的增强的循环稳定性可能与较低的界面电阻有关，这是由于缓解的界面反应和减少的界面产物所致。此外，尽管相较于LPSC SE，LIC SE的离子电导率较低，但由于其与氧化物正极具有较好的兼容性，因此被引入以取代LPSC SE和LZO涂层。值得注意的是，Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSB在这三个ASSB中提供了最高的放电比容量（203.8 mAh g^-1）和首周库仑效率（90.2%）（图1c和图S1）。更重要的是，经过50次循环后，它实现了97.33%的高容量保持率（图1f）。除了首周库仑效率和长循环稳定性外，来自界面副反应的容量也证明了其高界面稳定性，这可以从图1a-c中的插图中观察到。与裸露的Ni90相比，Ni90@LZO的界面副反应确实已经被抑制。但Ni90正极和LIC SE的界面表现出更优的界面稳定性，因为界面副反应带来的容量几乎可以忽略不计。因此，这三种复合正极的长循环稳定性遵循Ni90/LIC > Ni90@LZO/LPSC > Ni90/LPSC的顺序。

图2 Ni90复合正极的低温性能。a-c，(a) Ni90/LPSC/Li-In、(b) Ni90@LZO/LPSC/Li-In和(c) Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSB在-30~30℃范围内第二次循环的充放电曲线。d-f，(d) Ni90/LPSC/Li-In、(e) Ni90@LZO/LPSC/Li-In和(f) Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSB在温度从30到0、-10、-20和-30℃的演变中的比容量。g-i，(g) Ni90/LPSC/Li-In、(h) Ni90@LZO/LPSC/Li-In和(i) Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSB在每个温度下与30℃的比容量。

为了研究这三种Ni90复合正极的低温性能，进行了温度变化测试，温度从30到0、-10、-20和-30°C。在30°C下的初始三次循环中，Ni90/LPSC/Li-In、Ni90@LZO/LPSC/Li-In和Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSB的可逆容量、库仑效率和循环稳定性与图1中的结果保持一致，确保了随后的低温测试的可靠性。当操作温度降至0°C时，Ni90/LPSC/Li-In ASSB的放电容量急剧下降，伴随着较大的极化以及在~3.58 V（相对于Li-In）处的电压平台消失（图2a）。更糟糕的是，Ni90/LPSC/Li-In ASSB在-30°C几乎没有提供容量（图2d）。如图2g所示，容量比例被定义为在某一温度下的容量与30°C时容量的百分比比值，当温度降至0°C和-30°C时，容量比例急剧下降至53.8%和仅保持2.1%。这种低温性能差是由于Ni90正极和LPSC SE的不利界面反应及产物导致的，从而导致了缓慢的界面动力学。在Ni90正极表面构建LZO涂层后，Ni90@LZO/LPSC/Li-In ASSB随着温度降低，过电位增加（图2a）和容量损失（图2b）减缓。值得注意的是，0^oC和-30°C下的容量保持率提高到了70.6%和11.8%。然而，尽管LZO涂层起到了抑制界面反应和减少反应产物数量的作用，但Ni90@LZO的低温性能仍然不能令人满意。为了构建一个既具有高稳定性又具有快速离子传导的界面，引入了LIC SE来替代Ni90复合正极中的LZO涂层和LPSC SE。具体地，与其它两种全固态电池构型相比，Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSB在每一个零下温度点的过电位（图1c）都最低。此外，随着温度下降，其容量衰减得到缓解，并且在0°C和-30°C时提供了80.1%和26.9%的容量保持率（图1i）。因此，这些Ni90复合正极的低温性能顺序为Ni90/LIC > Ni90@LZO > Ni90/LPSC。

2. 动力学分析

需要注意的是，Ni90/LPSC/Li-In、Ni90@LZO/LPSC/Li-In和Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSB之间唯一的区别在于正极/SE界面。为了识别这三种Ni90复合正极的界面动力学差异，研究了不同荷电状态（SOC）和不同温度下的阻抗演变。值得注意的是，与来自正极侧的电阻相比，来自负极和负极界面的电阻贡献可以忽略不计，这一点通过Li-In/LPSC/In-Li对称电池在不同SOC和温度下的验证（图S2）得到了专门的证实，与Choi等人的结果一致。因此，可以通过忽略来自负极侧的影响来量化正极侧的界面动力学。尽管电化学阻抗谱（EIS）是一种简单易行且非破坏性的方法，但是半圆的划分和归属却非常模糊不清。通过数学转换，可以从EIS测试结果中获得弛豫时间分布（DRT）结果（图S3）。值得注意的是，通过反变换DRT数据获得的拟合线与原始EIS数据几乎完全重叠（图S4和S5），除了具有“扩散尾”的低频区域（图S6），这证明了数学转换几乎不影响EIS数据所携带的信息。由于每个动力学过程都有一个特定的时间常数τ，因此可以根据从DRT峰值得到的一系列τ值来解耦和识别ASSB中的主要动力学过程。如图3和表1所示，在忽略负极侧影响后，可以粗略地获得与ASSB中五个主要动力学过程相对应的五个DRT峰（分别标记为D1至D5）。

由于正极表面的电荷转移和正极体相中的固态扩散与SOC密切相关，因此有必要澄清Ni90复合正极在SOC变化过程中的阻抗演变。有趣的是，通常代表SE晶界处Li⁺传导和正极颗粒与电流收集器之间电接触的D1和D2峰，在SOC增加时保持不变（图3）。相反，可能分别代表了跨越界面相的Li⁺传输、正极表面的电荷转移和正极中Li⁺扩散的D3、D4和D5峰，在30°C时随SOC增加而减小（图3a、d和g）。这一趋势与先前报道的实验和模拟结果相符。然而，在较低温度（即0°C和-20°C）下，随着SOC的增加，它们的值却会上升（图3b、e和h以及图3c、f和i）。因此，正极的SOC，即代表从层间脱出的Li⁺量，显著影响了正极和正极表面的动力学。在相对较高的温度下，过量Li⁺离子引起的强相互作用限制了Li⁺的移动。因此，随着更多Li⁺离子的脱出和更多空位的产生，Li⁺的动力学逐渐增强。相反，在温度降低的情况下，尽管相互作用已经减弱并提供了足够的空位，但Li⁺的跳跃却受到了极大的抑制。更严重的是，由于大的界面电阻和低扩散速率导致的迟缓动力学阻碍了ASSB在恒定电压充电了很长时间后仍无法回到高SOC（图S8）。

图3 Ni90复合正极阻抗随SOC的演变。a-c，Ni90/LPSC/Li-In ASSB的DRT结果，在不同SOC（即20％、40％、60％或80％）下的(a) 30°C，(b) 0°C和(c) -20°C。d-f，Ni90@LZO/LPSC/Li-In ASSB的DRT结果，在不同SOC（即20％、40％、60％、80％或100％）下的(d) 30°C，(e) 0°C和(f) -20°C。d-f，Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSB的DRT结果，在不同SOC（即20％、40％、60％、80％、90％或100％）下的(g) 30°C，(h) 0°C和(i) -20°C。

表1 ASSB中DRT峰值及其可能的归因总结

接着，对阻抗随温度的演变进行了研究，以确定这些主要动力学过程中的限速步骤。值得注意的是，在分析不同温度下的EIS谱时，选择了统一的SOC（20％）。如图4a所示，随着温度的降低，低频半圆的半径急剧增加，远远超过高频半圆的半径。然而，这个大半圆中隐藏的许多信息不能直接通过等效电路拟合来解析。借助DRT方法，可以确定可能来自界面相Li⁺传导（R_cei）和正极表面的电荷转移（R_ct）的电阻贡献，分别对应于D3和D4峰（图4d）。显然，对于Ni90/LPSC/Li-In ASSB，界面相内的Li⁺传输是限速步骤。这是因为由Ni90正极和LPSC SE之间的界面反应形成的不良界面的离子电导率差。此外，受损正极表面上的电荷转移也受到很大的阻力。虽然基于DRT方法可以实现半定量分析，但通过等效电路拟合（图S9）准确确定这两个电阻（即R_cei和R_ct）仍然面临巨大挑战，因为响应频率的重叠。根据Li⁺电荷转移过程的一般定义，这两个电阻（即R_cei和R_ct）可以合并为界面电阻（R_int= R_cei+ R_ct）。据此，推断出界面活化能（E_int）为60.19 kJ mol^-1（图4g）。广义的电荷转移过程对温度的高敏感性导致了界面电阻的迅速增长和容量的急剧衰减。在Ni90正极表面插入了一层保护性涂层后，低频半圆的增大得到了显著抑制（图4b），这主要归功于减轻的界面反应。然而，Ni90@LZO/LPSC/Li-In ASSB的限速步骤保持不变（图4e），对应穿过界面的Li⁺传输。幸运的是，E_int已经大幅降低至41.39 kJ mol^-1（图4h）。对于Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSB，在相对较高的温度下，低频半圆起主导作用，而在相对较低的温度下，高频半圆起主导作用（图4c）。从DRT结果（图4f）也可以得出同样的结论。具体来说，在相对较低的温度（即-10和-20°C）下，可能与SE晶界处的Li⁺传导相关的D1峰的强度超过了D3和D4峰。由于LIC的离子电导率比LPSC的低，因此在Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSB中，主要来自SE贡献的欧姆电阻（R_ohm）要大得多（图4i）。此外，其活化能（E_ohm）也略有增加，从约36 kJ mol^-1增加到37.65 kJ mol^-1。然而，由于E_int（25.79 kJ mol^-1^，图4i）的降低，Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSB在低温下仍然比其它两种电池构型具有更高的容量保持率。

图4 Ni90复合正极阻抗随温度的演变。a-c, 显示了（a）Ni90/LPSC/Li-In、（b）Ni90@LZO/LPSC/Li-In 和（c）Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSBs 在 20% SOC 和不同温度下（即 30、0、-10、-20℃）的 Nyquist 图。请注意，这里的数据已按面积（0.7854 cm²）归一化，并以 Ω cm² 为单位绘制。从（a）-（c）中转换得到的 DRT 结果，用于（d）Ni90/LPSC/Li-In、（e）Ni90@LZO/LPSC/Li-In 和（f）Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSBs。对于（g）Ni90/LPSC/Li-In、（h）Ni90@LZO/LPSC/Li-In 和（i）Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSBs，显示了欧姆电阻（R_ohm）、正极接触电阻（R_cc）和界面电阻（R_int）与工作温度的阿伦尼乌斯关系。

3. 界面能垒的理论计算

为了揭示限制Ni90/SE界面上Li⁺传导的关键因素，仔细研究了包括界面相Li⁺传导和Ni90正极表面的电荷转移在内的微观过程。界面内Li⁺传导高度依赖于界面相成分的电导率。例如，在Ni90/LPSC界面，主要分解产物Li₂S和Li₃PO₄的离子电导率分别为7.51×10⁻¹¹和3×10⁻⁷ S/cm，这些不利的界面相将阻碍Li⁺离子穿过界面相。虽然人工涂层LZO抑制了界面反应并减少了界面产物数量，但其有限的离子电导率（7×10⁻⁵ S/cm），可能不适用于低温工作。由于在高氧化电位~ 4.3V，Li₃InCl₆与Ni90正极保持稳定，并作为界面相主要成分传输Li⁺，实现了更高的离子电导率（1.13×10⁻³ S/cm，见图S10）。基于这些界面相的离子电导率，Li⁺在界面相中的传输动力学应符合Ni90/LIC>Ni90@LZO/LPSC>Ni90/LPSC的顺序，这与图4（D3峰）中提到的实验结果一致。

对于电荷转移动力学，专门进行了理论评估，以分析Li⁺离子通过Ni90/界面相界面的迁移。如图5a、c、e和g所示，构建了Ni90-Li₂S、Ni90-Li₃PO₄、Ni90-Li₂ZrO₃和Ni90-LIC界面的原子结构。值得注意的是，这里选择了Li₂S和Li₃PO₄作为Ni90/LPSC界面的主要界面产物。这四个界面组合选定的晶面指数和晶格失配度已在表S2中提供。不幸的是，模拟离子跨界面扩散并不是一项简单的任务。尽管NEB理论已被广泛用于研究离子在材料体相和表面上的扩散，但对于具有各种不同位点的高度复杂的界面，这种方法可能不适用。此外，分子动力学模拟计算跨界面的离子扩散也似乎是不切实际的，这是因为从头算分子动力学（AIMD）的计算需求高，而对于无机异质界面缺乏经典力场。最近，已经提出了Li位点的原子能量态（AEDOS）来分析Li⁺的电导率。结果显示，两个相邻位点之间AEDOS的重叠程度越大，离子跃迁就越容易。受到这一概念的启发，我们尝试使用垂直于界面方向上的位点能量分布来评估跨界面离子跃迁所需的激活能。有关获取AEDOS的界面模拟的更多细节，可参阅支撑信息。

这四个界面的Li位点能沿着z轴方向（界面位于x-y平面上）的分布如图5b、d、f和h所示。这里，位点能被定义为原子i对系统总能量的贡献，如下式所示：

总能量E_total由AIMD得到，而原子i的贡献（位点能量E_i）则通过在总能量上训练机器学习原子间势函数获得。经过训练和微调，机器学习的原子间势函数能够准确预测界面的能量，其R²得分高于0.95（见表S3）。为了从位点能分布中获得能垒，基于统计数据处理计算了所有z位置处位点能量的均值（虚线）和第95百分位值（实线）。由于高能态原子往往更活跃地参与离子传导，因此选择了第95百分位数据。实际上，这两个参数对定性结果没有影响，尽管在数值上有轻微差异。如图5b、d、f和h所示，Ni90-LZO和Ni90-LIC界面在界面区域的Li位点能量增加相对较小，而Ni90-Li₂S和Ni90-Li₃PO₄界面则出现了高峰值的Li位点能量。基于第95百分位的Li位点能，从Ni90-LZO、Ni90-LIC、Ni90-Li₂S和Ni90-Li₃PO₄界面的一端扩散到另一端的Li原子的能垒被估计为0.14、0.17、0.28和0.48 eV。这个结果与图4中的实验结果大致一致（D4峰）。Ni90-Li₃PO₄界面高的能垒可以归因于两种材料之间较大的晶格失配度（~5%），而Ni90-Li₂S界面的能量障碍可能是由于界面两侧Li周围不同的阴离子环境引起的。具体来说，Li在Li₂S侧被主要由S^2-组成的阴离子环境环绕，而在Ni90侧则主要由O^2-组成的阴离子环境环绕。因此，不同的化学配位环境可能导致比Li完全配位于S^2-或O^2-的区域更高且更不均匀分布的位点能。相比之下，由于Ni90-LZO界面在两侧的Li配位环境相似，由O^2--过渡金属组成，因此提供了较小的能垒。此外，由于LIC结构的密堆积程度较低（其中Cl^-是立方密堆积的），而Li₂S、Li₃PO₄和LZO中的阴离子是最密堆积的（Li₂S为面心立方密堆积，Li₃PO₄和LZO为六方密堆积），LIC中的原子有更多的空间来松弛和调整到匹配的Ni90表面，从而导致了较低的能垒。因此，由于LIC的较高离子电导率和Ni90-LIC界面的低能垒，从LIC SE到Ni90正极的整体Li⁺传输动力学更加快速。尽管Ni90-LZO界面具有较低的能垒，但由于LZO界面相的离子电导率不足，限制了Li⁺穿过LZO界面相，从而拖慢了从LPSC SE到Ni90正极的整体动力学。此外，由于Li₂S、Li₃PO₄界面相离子电导率低以及Ni90-(Li₂S/Li₃PO)的界面能垒高，对于Ni90/LPSC界面而言，Li⁺穿过界面相和Li⁺在Ni90正极表面的电荷转移都非常缓慢。

图5 界面能垒的理论评估。a、c、e和g，Ni90-Li₂S、Ni90-Li₃PO₄、Ni90-Li₂ZrO₃和Ni90-Li₃InCl₆界面在 400 K下经过10 ps AIMD模拟后的结构。灰色、深蓝色、深紫色、红色、黄色、绿色、棕色、橙色、青色和浅紫色的球分别代表Ni、Co、Mn、O、S、Li、P、Zr、Cl和In原子。垂直的黑色虚线表示Ni90正极和界面的边界。b、d、f 和 h，(b) Ni90-Li₂S、(d) Ni90-Li₃PO₄、(f) Ni90-Li₂ZrO₃和(h) Ni90-Li₃InCl₆界面沿z轴方向的Li位点能分布。垂直的灰色虚线表示两个界面的边界。在(b)、(d)、(f) 和 (h) 图的背景中，实心圆点代表相对Li位点能。Li位点能的平均值和第95百分位值表示相同z轴坐标的平均值和第95百分位值。

【结论】

总的来说，通过比较低温性能和温度-电阻关系，并通过对Ni90氧化物正极界面能垒的理论评估，揭示了适用于低温全固态电池（ASSB）的界面需要具备高离子电导率和低能垒的特征。例如，不稳定的Ni90/LPSC界面导致了不利的正极界面相（CEI），阻碍了锂离子在CEI处的传输，尤其是在低温。在插入Li₂ZrO₃（LZO）涂层并减轻Ni90@LZO/LPSC界面的副反应后，界面活化能可从60.19降低至41.39 kJ mol^-1。然而，由于LZO界面相的低离子导电性引起的大电阻仍然导致零下温度下容量急剧降低。相比之下，通过使用卤化物SE替换硫化物SE，在Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSB中可以构建一个具有高稳定性、高离子导电性和更低活化能（25.79 kJ mol^-1）的界面。因此，穿过界面相的锂离子传导和正极/界面相处的锂离子传输都得到了极大的加速，并且不再是速率限制步骤，从而使Ni90/LIC/LPSC/Li-In ASSB在-30℃下的容量输出得到了提高（57.3 mAh g^-1）。理论评估也得出了一致的结论，即具有高离子导电性和降低能垒的界面有利于增强Li⁺穿过界面相的传导以及正极/界面相处的锂离子传输的动力学。这一界面动力学的基本认识可能启发低温ASSB的后续改进。

【作者及团队】

第一作者：卢普顺，男，本科毕业于厦门大学，博士毕业于中国科学院物理研究所，目前于宁波东方理工大学（暂名）孙学良院士课题组从事博士后研究。研究方向为硫化物固态电解质的空气稳定性、硫化物固态电解质材料的设计合成、硫化物全固态电池的低温性能。目前合作发表SCI论文21篇（其中以第一作者身份在Nature communications, Joule, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, ACS Nano, Nano Energy, Electrochemical Energy Reviews期刊发表论文8篇），合作申请中国发明专利10项（授权5项），国际发明专利1项。

通讯作者：吴凡：中国科学院物理研究所博士生导师，长三角物理研究中心科学家工作室主任，共青团常州市委副书记。入选国家级人才计划、中科院人才计划、《麻省理工科技评论》亚太区35岁以下科创35人（MIT-TR35-Asia Pacific）、中科协海智特聘专家、江苏省杰出青年基金。获全国青年岗位能手（共青团中央）、全国未来储能技术挑战赛一等奖、全国先进储能技术创新挑战赛二等奖（国家工信部）、江苏青年五四奖章、江苏青年双创英才；江苏青年U35攀峰奖等荣誉。任中国能源学会副主任；中国共产党江苏省党代会党代表等。发表SCI论文100篇，申请中国、美国、国际发明专利60项。

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