中科大陈维JACS：基于有机多孔材料纳米限域作用的可充电锂-氯电池

可充电氯化锂电池因其超高的能量密度和卓越的安全性能而被公认为有潜力的储能电池。然而，由于在氧化还原反应过程中 Cl₂ 供应迟缓且不足，氯化锂电池在高比循环容量下存在循环寿命短和库仑效率（CE）低的问题。

在此，中国科学技术大学陈维团队提出并设计了一种亚胺功能化多孔有机纳米笼（POC）来富集 Cl₂ 分子。DFT计算表明，宿主笼中的亚胺基团位点能与 Cl₂ 分子产生强烈的相互作用，从而促进 Cl₂ 的快速捕获。因此，使用 POC 的氯化锂电池（Li-Cl₂@POC）的输出容量显著提高，在 CE ∼ 100% 的条件下实现了 4000 mAh/g 的超高放电容量。

得益于所设计的 POC，Li-Cl₂@POC 电池中沉积的氯化锂在第一个循环中的最高利用率高达 85%，优于所有报告值。即使在低温条件下，Li-Cl₂@POC电池也能表现出优异的电化学性能，在 -20 °C 条件下，电池容量为 2000 mAh/g，稳定循环 200 次，电压稳定在 3.5 V，平均 CE 为 99.7%。

图1. Li-Cl₂@POC电池在高循环比容量下的电化学性能

总之，该工作设计了一种具有丰富结合位点的 CC3-POC 正极材料，用于可充电的锂-氯电池，以限制 Cl₂ 分子。DFT 计算表明亚胺基团对 Cl₂ 分子的富集作用，而且 CC3-POC 结构稳定，有利于 Cl₂ 的富集。得益于所设计的 CC3-POC，锂-氯电池的放电容量显著提高至 4000 mAh/g，CE 保持在 100%以上，远远超过了已报道的应用于锂-氯电池的正极材料。

此外，Li-Cl₂@POC 电池在 -20 °C 下的比容量达到了 2000 mAh/g，循环稳定性极佳（大于 200 次）。因此，该种新型功能性多孔正极材料的设计拓宽了用于构建高性能氯化锂电池系统的正极材料系列。

图2. Li-Cl₂@POC 软包电池性能

Enrichment of Chlorine in Porous Organic Nanocages for High-Performance Rechargeable Lithium–Chlorine Batteries, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c11726

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中科大陈维JACS：基于有机多孔材料纳米限域作用的可充电锂-氯电池

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