高能锂金属电池人工SEI领域取得重要研究进展

华南师范大学化学学院教授兰亚乾团队成员、副研究员臧应与华中科技大学教授黄云辉团队成员、副研究员裴非在国家自然科学基金等项目的资助下，在高能锂金属电池人工SEI领域取得重要研究进展。相关成果近日发表于《国家科学评论（英文版）》（National Science Review）。

论文第一作者臧应表示，便携式电子设备和电动汽车技术的发展提升了对高能量密度储能系统的巨大需求。锂金属电池具有理论容量高（3860 mAh g^-1）和氧化还原电位低（3.04 V vsSHE）的特点，被认为是满足日益增长的高能量密度储能设备需求的最有吸引力的候选电池种类之一。遗憾的是，由于固态电解质层稳定性差以及锂枝晶的生长不受控制，锂金属电池的容量极具衰减，且存在潜在的安全隐患，进而限制了锂金属电池的商业化发展。

兰亚乾和黄云辉团队共同开发了一种通过无热解的路线合成含有不同金属单原子的二维共轭酞菁框架（MSAs-CPF, M = Fe, Co, Ni, Cu），金属单原子被有效地稳定在超薄的二维结构中，保证了更高的原子利用率，同时提供了高效的电荷转移途径。金属位点的路易斯酸活性和氰基的强吸电子性可以促进大量的电荷转移到CPFs骨架上，从而有效地增强了对锂离子的吸附，抑制了锂枝晶的生长。

使用CoSAs-CPF改性锂||锂对称电池在3500小时内表现出低极化，面积容量为1.0 mAh cm^-2。NCM811〡CoSAs-CPF@Li电池在负载量为10 mg cm^-2和20 mg cm^-2时的稳定循环寿命分别为800圈和450圈，表现出优异的活性及稳定性。此外，MSAs-CPF组装的软包电池也展现出出色的工作寿命和更高的容量保持率。

据介绍，CoSAs-CPF修饰的人工SEI具有均匀分布的路易斯酸位点、优异的电子吸收特性、良好的电荷转移能力，在锂金属充放电过程中对锂离子展现出高效吸附活性、有效地抑制了锂枝晶生长，进而确保了优异容量保持率及循环稳定性，是构建高性能锂金属电池的理想平台，对高能锂金属电池的构筑具有指导意义。

相关论文信息：https://doi.org/10.1093/nsr/nwae443