构建稳定的固液界面对提升高能量密度金属锂电池的循环寿命至关重要。本工作对NO3−进行非共振结构修饰，提升其还原分解和构筑稳定固液界面能力，改善金属锂电池循环稳定性。
发展下一代先进电池对构建清洁、低碳的能源体系和实现清洁社会的可持续发展具有重要作用。金属锂电池由于采用比容量极高的金属锂负极，可以发挥超过400 Wh kg−1的实际能量密度，是极具前景的下一代电池体系。然而，高能量密度的金属锂电池受到循环寿命短的制约，而负极不稳定的固态电解质界面膜（SEI）是造成金属锂电池性能快速衰退的关键原因。
近期，清华大学化工系张强教授团队和北京理工大学张学强副研究员等合作，对金属锂电池中经典的NO3−添加剂进行分子尺度修饰，破坏NO3−的共振结构提升其还原分解能力，构筑富含LiNxOy的SEI，提升金属锂电池的循环稳定性。
共振理论分析NO3−的N–O键是共振结构，静电势分析NO3−的负电荷集中且均匀分布在三个O原子上，自旋布居分析在发生单电子还原过程中NO3−仅仅发生构型弯曲而非断键，以上理论分析说明NO3−的还原稳定性较高。而将NO3−的一个O原子桥接到有机部分构造成硝酸异山梨酯（ISDN）后，NO3−的共振结构被破坏，–NO3部分的静电势分布不均匀；在发生单电子还原过程中非共振的N–O键断裂，说明ISDN的还原活性高于NO3−。 设计体外实验验证ISDN的还原活性和分解机制。ISDN可与锂硫电池中的多硫化物发生反应，1H NMR显示反应后化学位移向高场移动，证明–NO3为反应活性基团。进一步通过将固液反应转化为液液反应，验证了金属锂可与ISDN迅速反应；拉曼光谱显示–NO3基团发生分解，可参与形成富含LiNxOy的SEI。 锂硫电池是具有广阔前景的高比能电池体系，在此用于验证修饰NO3−的实际应用效果。在苛刻条件的纽扣电池中，相比锂硫电池中常用的LiNO3添加剂，ISDN可使循环寿命延长至100圈。此外，应用ISDN的319 Wh kg−1的锂硫软包电池可稳定循环20圈。 该工作为金属锂电池的SEI设计提供了一种新策略，即通过破坏共振结构提高添加剂分子的还原活性，促进分解成富含优势组分的SEI，提高金属锂负极的循环稳定性，有助于启发未来的添加剂分子设计和SEI设计。 论文信息 Modification of Nitrate Ion Enables Stable Solid Electrolyte Interphase in Lithium Metal Batteries Li-Peng Hou, Nan Yao, Jin Xie, Peng Shi, Shu-Yu Sun, Cheng-Bin Jin, Cheng-Meng Chen, Quan-Bing Liu, Bo-Quan Li, Xue-Qiang Zhang, Qiang Zhang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202201406
