Angew. Chem. ：咪唑插层氢氧化钴在锂离子电池中增强Li+脱溶/扩散反应和阻燃催化动力学

锂离子电池由于其能量密度高、自放电率低和使用寿命长，已经得到了广泛的关注和应用。但电池的容量衰减和潜在的热失控问题阻碍了其可持续发展。氢氧化钴作为锂离子电池负极材料具有较高的理论容量，但导电性差，在电池循环过程中体积变化大，容量衰减过快。

近日，中国科学技术大学胡源教授和朱纪欣教授课题组在锂离子电池安全储能材料上取得突破，提出一种在负极材料中插入有机小分子的策略，构建了以咪唑插层氢氧化钴为负极材料的高性能和高安全性的锂离子电池。

DFT理论模拟计算表明，咪唑分子的插入能够为锂离子提供更多的结合位点，提高Co(OH)₂的亲锂性，增强Co(OH)₂结构的稳定性。采用该负极材料的锂离子电池在500圈循环之后仍能保持997.91 mAh g^-1的放电比容量。通过循环过程中的原位拉曼和循环后负极表面及截面的元素分析，说明咪唑分子参与了固体电解质界面（SEI）的形成，优化了SEI的组成，缓解了电解液的过度分解。

通过微型燃烧量热法（MCC）测定了该负极材料与电解液混合之后的热释放速率（HRR），结果表明该负极材料能够有效抑制电解液热分解时热量的释放。热重（TG）和热重红外（TG-IR）说明在高温下，该负极材料有助于电解液溶剂分子的炭化，并且可以催化CO转化为CO₂，起到抑烟减毒的作用。这种双重作用进一步增强了锂离子电池的安全性。

综上，通过咪唑分子在负极材料中的插层作用，显著增强了Li⁺的脱溶/扩散反应，并在热失控条件下展现出阻燃催化动力学。该材料在锂离子电池中表现出较高的比容量、良好的循环稳定性和高安全性。该研究成果为实现高性能和高安全的锂离子电池提供了一种负极材料的制备策略，有助于解决追求可持续能源的关键挑战。

论文信息

Imidazole-Intercalated Cobalt Hydroxide Enabling the Li+ Desolvation/Diffusion Reaction and Flame Retardant Catalytic Dynamics for Lithium Ion Batteries

Liu Yang, Yisha Wang, Jingwen Wang, Yapeng Zheng, Edison Huixiang Ang, Yuan Hu, Jixin Zhu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202402827