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金属锂负极以极高的容量(3860 mAh·g-1)和最负的电势(-3.040 V vs 标准氢电极)而被称为二次锂电池“圣杯”电极。但是，锂沉积过程中阴离子的不均匀消耗引发空间电荷效应，产生锂枝晶，严重阻碍了锂金属电池的实际应用。
近日，江苏师范大学赖超教授和加拿大国立科学研究院孙书会教授，张改霞博士团队合作，在前期成功开发辛基苯基聚氧乙烯（OP-10）电解液添加剂基础上（Nature Communications, 2020, 11, 643），报道了一种具有平面分子结构的钴酞菁新型电解液添加剂，以平埔的方式紧密吸附在锂负极表面上形成致密的分子层用于高性能的锂金属电池。
DFT理论模拟计算表明，相较于碳酸乙烯酯溶剂（EC），酞菁钴电解液添加剂优先以平铺的方式层层吸附在锂负极表面，形成平面分子级图层（PMCL）。这种PMCL不仅可以与锂离子络合以降低空间电荷效应，提升锂离子的转移数（0.69），还可以抑制锂负极和电解质之间的副反应。此外，该工作还利用同步辐射（XANES）技术揭示产生的稳定的固体电解质界面由非晶LiF和Li2CO3组成。因此，Li|Li对称电池在3 mAh cm-2的高电镀容量下在700 h以上表现出优异的循环稳定性。
为了更好的说明酞菁钴添加剂的实际应用优势，该工作组装了锂|磷酸铁锂（Li|LiFePO4）全电池并测试了其性能。在1.2 mg cm-2的低负载量下，使用酞菁钴添加剂后，全电池可稳定循环1000周。此外，使用酞菁钴电解液添加剂的全电池还可以在贫电解质条件下（3 µL mg-1），稳定循环200周，其容量保持率高达92.7%。
最后利用扫描电镜和同步辐射（XAFS）技术研究并揭示了酞菁钴电解液添加剂对Li|LiFePO4全电池在充放电过程中的保护机理。
该工作为通过表面分子层覆盖策略为同时构建稳定的正负极界面开辟了一条新途径。
论文信息：
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