3317-67-7/Angew. Chem. ：酞菁鈷電解液添加劑構建分子隔離膜用于高穩定鋰金屬電池

金屬鋰負極以極高的容量(3860 mAh·g-1)和最負的電勢(-3.040 V vs 標準氫電極)而被稱為二次鋰電池“圣杯”電極。但是，鋰沉積過程中陰離子的不均勻消耗引發空間電荷效應，產生鋰枝晶，嚴重阻礙了鋰金屬電池的實際應用。

近日，江蘇師范大學賴超教授和加拿大國立科學研究院孫書會教授，張改霞博士團隊合作，在前期成功開發辛基苯基聚氧乙烯（OP-10）電解液添加劑基礎上（Nature Communications, 2020, 11, 643），報道了一種具有平面分子結構的鈷酞菁新型電解液添加劑，以平埔的方式緊密吸附在鋰負極表面上形成致密的分子層用于高性能的鋰金屬電池。

DFT理論模擬計算表明，相較于碳酸乙烯酯溶劑（EC），酞菁鈷電解液添加劑優先以平鋪的方式層層吸附在鋰負極表面，形成平面分子級圖層（PMCL）。這種PMCL不僅可以與鋰離子絡合以降低空間電荷效應，提升鋰離子的轉移數（0.69），還可以抑制鋰負極和電解質之間的副反應。此外，該工作還利用同步輻射（XANES）技術揭示產生的穩定的固體電解質界面由非晶LiF和Li2CO3組成。因此，Li|Li對稱電池在3 mAh cm-2的高電鍍容量下在700 h以上表現出優異的循環穩定性。

為了更好的說明酞菁鈷添加劑的實際應用優勢，該工作組裝了鋰|磷酸鐵鋰（Li|LiFePO4）全電池并測試了其性能。在1.2 mg cm-2的低負載量下，使用酞菁鈷添加劑后，全電池可穩定循環1000周。此外，使用酞菁鈷電解液添加劑的全電池還可以在貧電解質條件下（3 μL mg-1），穩定循環200周，其容量保持率高達92.7%。

最后利用掃描電鏡和同步輻射（XAFS）技術研究并揭示了酞菁鈷電解液添加劑對Li|LiFePO4全電池在充放電過程中的保護機理。

該工作為通過表面分子層覆蓋策略為同時構建穩定的正負極界面開辟了一條新途徑。

論文信息：

Cobalt Phthalocyanine Derived Molecular Isolation Layer for Highly Stable Lithium Anode

Hongliu Dai,Jing Dong,Mingjie Wu,Qingmin Hu,Dongniu Wang,Lucia Zuin,Ning Chen,Chao Lai,Gaixia Zhang,Shuhui Su