金属锂因其超高的理论比容量(3860mAh g-1)和低的电化学电位(−3.04V，与标准氢电极相比)而被广泛研究为最具诱惑力的正极之一，被认为是高能量密度电池领域的“圣杯”。然而，由于锂金属负极固体电解质界面的不稳定，锂离子(Li+)的异质离子扩散和沉积最终导致枝晶的无节制生长。硝酸锂(LiNO3)作为一种构筑稳定固体电解质界面的有效添加剂，广泛应用于醚基电解液中，但其在碳酸盐基电解液中的溶解性较差，这限制了其在锂金属电池中的进一步应用。来自华南理工大学的学者报道了一种通过合成目标共价有机骨架(EB-COF：NO3)来修饰锂正极以孕育可靠的SEI的工程方法，即在碳酸盐基电解质中引入NO3-。其独特的结构不仅促进了锂离子(Li+)的解溶过程，加速了Li+的迁移，而且释放出NO3-形成有利于Li3N、LiNxOy物种的原位构筑稳定的SEI。EB-COF：NO3的应用使(50µm)Li//LiFePO4全电池在电解液质量差、负载高的条件下循环倍率性能得到全面改善，200次循环后容量保持率由14%提高到94%。高压Li//LiNi0.5Mn1.5O4全电池仍表现出良好的循环稳定性，600次循环后容量保持率达92%。因此，这一策略为利用共价有机骨架(COF)构建稳定的高能量密度LMBs的SEI提供了广阔的前景，同时也拓宽了LiNO3在碳酸盐电解质中的应用。相关文章以“Introducing NO3– into Carbonate-Based Electrolytes via Covalent Organic Framework to Incubate Stable Interface for Li-Metal Batteries”标题发表在Advanced Functional Materials。论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202109377
图2.a)EB-COF：Br的模拟XRD和EB-COF：Br和EB-COF：NO3的XRD。b)EB-COF：NO3的XPS光谱。c)不同状态下COF薄膜的照片。d)在0.5 mA cm-2电流密度下在裸Cu和Cu@CoF上沉积Li的伏安-电容曲线。(G)电流密度为0.05mA cm-2的H型Li//Cu电池。h)XPS分析沉积Li过程后H型Li//Cu电池中Cu的N 1S。
图4.在a)1 mA cm-2的面积容量为1 mAh cm-2的电流密度下，具有裸Li和Li@CoF的Li对称电池的恒流循环，(B)5mh cm-2和5 mAh cm cm-2，c)5 mA cm-2和10 mAh cm-2。d)不同电流密度(0.5~7mA·cm-2)下，含裸Li和Li@CoF的Li对称电池的放电容量为1mAh cm-2。e)不同循环后，电流密度为1 mAh cm-2时，含Li和Li@CoF的Li对称电池的交流阻抗谱。f)含Cu和Cu@CoF的Li//Cu不对称电池在1 mA cm-2，1mAh cm-2下的库仑效率。