金属锂匹配高理论比容量和高工作电压的层状中高镍（Ni）三元过渡金属氧化物（如LiNi_xCo_yMn_zO₂ (NCM_xyz), x+y+z=1, x≥0.5）正极材料被认为是进一步提高锂基电池能量密度的可行途径。然而，锂负极在充电过程中容易产生锂枝晶，造成低库伦效率，甚至安全隐患，严重阻碍了金属锂的实际应用。此外，将层状三元氧化物正极中Ni含量提高到更高水平时（Ni≥0.8），因为HF侵蚀、电解液氧化、过渡金属溶解、表面相变、颗粒开裂、热稳定性差等问题加剧，超高镍锂金属电池的循环寿命和安全性将显著降低。针对以上问题，目前主要通过构建稳定的电极-电解质界面来改善高镍锂金属电池的循环寿命和安全性。但是，部分界面工程构建的固体电解质界面的（电）化学稳定性差不足以抑制正负极和电解质之间的催化副反应。因此，设计具有集成功能的串联界面，以同时在锂金属负极和正极形成具有理想结构的电解质界面被认为是最直接有效的解决策略之一，其设计与研究也是现代储能的重要课题。

近日，云南大学的郭洪教授，通过串联隔膜的策略同时构建双增强稳定的电极-电解质界面。其中具有关键官能团（如C≡N和C=O）的共价有机框架（covalent organic frameworks, COFs）来构筑增强稳定界面的正极电解质中间相（CEI）。SnF₂原位生成Li₅Sn₂合金、LiF在内的有益成分，积极地参与到稳定的固体电解质中间相（SEI）形成过程中，从而使SEI具有更快的Li+传导性以及更强的稳定性。最终实现双增强稳定界面的构筑，获得高性能的锂金属电池。

对于正极侧，在充电过程中，氰基（-CN）的N2p轨道与TM^3+/4+的TM-3d轨道杂化，产生吸附/配位效应，在NCM811正极表面形成高度稳定的富-CN 的CEI膜。同时，-CN的N2p轨道中的孤对电子将有效降低NCM811晶体表面TM^3+/4+的真实价态，减弱TM离子对电解液的催化反应。对于负极侧，通过简单的原位转化反应构建了由Li-Sn合金和LiF组成的人工混合SEI膜。作为电子绝缘体，LiF可以有效防止SEI/Li界面处的电子隧穿。Li-Sn合金具有高离子电导率，为Li⁺在SEI上的快速传输提供离子通道 ，两者相互作用实现均匀的锂沉积。

得益于此，锂金属电池表现出优异的倍率性能和循环稳定性。该工作为优化高能量密度锂金属电池界面性质提供了一种新策略。

Developing the Tandem Structure to Regulate Interfacial Chemistry and Promote Ion Transport Kinetics Toward High-Voltage Lithium Metal Batteries

Qi An, Qing Liu, Panpan Mao, Lingyan Duan, Hai-ye Zhu, Lu Liu, Guiquan Zhao, Yunchun Zha, Li Yang, Mengjiao Sun, Yufeng Fan, Fanyu Xie, Guangzhi Hu, Hong Guo

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202422539